大型光学元件中的横向受激布里渊散射

研究大型光学元件中横向受激布里渊散射的特点和破坏机制,以及横向受激布里渊散射的抑制方案。在理论分析的基础上,进行数值模拟。当入射光强足够高,材料的横向尺寸足够大时,在受激散射过程中产生的弹性声波场有可能超出材料的抗拉强度,从而引起力学破坏;增加泵浦光带宽可以显著降低散射光的增益。强激光辐照下的大尺寸光学元件中很容易激发横向受激布里渊散射;对于大多数强激光系统,20GHz的带宽已经足以抑制TSBS带来的影响。     

横向受激布里渊散射的抑制

 从非线性光学的耦合波理论出发，结合流体力学的连续性方程，建立了光学元件中窄带泵浦的横向受激布里渊散射的二维理论模型，并在此基础上，利用数值模拟考察泵浦光带宽增加对受激散射过程的影响。研究表明:在一定的条件下，当泵浦光带宽略大于布里渊线宽时，受激散射过程的Stokes增益将显著降低；带宽越大，Stokes增益降低得越多；当带宽大于20GHz时，可以抑制横向受激布里渊散射带来的不良影响。另外，当带宽一定时，调制频率的改变也会影响受激散射过程，可以通过数值模拟确定最佳的调制频率。     

超强激光在均匀等离子体中的背向拉曼散射放大机制

使用等离子体背向受激拉曼散射对激光进行放大时,等离子体的密度、温度和长度都会对激光的放大效果产生影响.为了探究等离子体密度对结果的影响,本文使用一维粒子模拟程序模拟了波长为800 nm的泵浦激光入射到均匀等离子体中,等离子体密度和泵浦光光强对散射光光谱的影响.模拟结果表明,等离子体密度降低会导致散射光的波长变短,而泵浦光的光强在一定范围内降低会增加散射光中背向散射光的比例.通过分析散射光的光强和等离子体的密度,发现前向拉曼散射是等离子体密度变化的原因.模拟结果对等离子体背向受激拉曼散射放大的实验研究具有重要的指导意义.     

527 nm激光辐照盘靶受激布里渊散射光角分布

 在“星光Ⅱ”激光装置上,开展了527 nm激光与金盘靶和铝盘靶相互作用实验,研究了激光辐照盘靶的受激布里渊散射光散射机制,获得了散射光能量角分布。实验结果表明：激光辐照金盘靶时,在入射激光能量大致相同的情况下,受激布里渊散射光能量在匀滑的条件下比没有匀滑时低一个数量级以上（背反能量除外）,束匀滑对散射光的抑制作用十分明显。在匀滑条件下,越靠近背反方向,散射光能量越大。散射光能量分布沿方位角的变化不大。激光辐照铝盘靶时,散射光能量分布的离散性较大。     

掺杂材料对激光等离子体受激布里渊散射的影响

研究了激光等离子体背向受激布里渊散射光谱及反射率。当小能量短脉冲激光入射平面靶时，激光等离子体发展不充分，受激布里渊散射光谱结构相似，受激布里渊散射的增长主要受等离于体尺度的影响，随靶材料的有效原子序数的增加，等离子体尺度变小，受激布里渊散射反射率减少。     

激光等离子体的受激Brillouin散射

 研究了激光等离子体背向和侧向受激Brillouin散射光谱结构。激光等离子体相互作用时,受激Brillouin散射光谱受激光等离子体状态的影响而产生Doppler效应。当激光以45° 入射不同材料的平面靶时,等离子体运动产生不同的二维效应,高Z材料产生的等离子体冕区主要沿靶法向运动,受激Brillouin散射光谱在侧向产生较大蓝移,而低Z材料则主要在激光入射方向产生较大蓝移。     

聚焦泵浦条件下固体介质中受激布里渊散射过程的数值研究

 在非线性光学耦合波方程组中加入聚焦项，使之能够描述聚焦泵浦条件下的受激布里渊散射过程（SBS）。利用改进的SBS方程组，模拟了聚焦泵浦条件下熔石英玻璃棒中的SBS过程，给出了SBS反射率与泵浦激光能量的依赖关系，发现散射光脉冲中存在“聚焦刺”，并通过分析SBS诱导产生的应力场的特征对布里渊介质的安全性进行了评估，理论分析的结果与Yoshida等人的实验结果一致。     

光纤中受激拉曼散射连续谱研究

我们在实验中研究了自相位调制效应和受激四光子混频效应对受激拉曼散射光谱的影响。在较强的泵浦光和适当的入射条件下,得到九阶受激拉曼散射的级联 Stokes 连续平滑谱带,带宽3500cm~(-1),其强度可与530nm 泵浦光强相比拟。     

受激布里渊散射光束发散性的研究

利用耦合波方程分析了相位共轭效应和受激散射阈值效应对受激散射光发散角的影响.在甲醇、乙醇和丙酮的受激布里渊散射实验中,分别获得受激布里渊散射光发散角减小3.2、3.0和2.4倍,脉宽压缩4.3、4.3和2.6倍,并获得散射光束发散角随泵浦能量的变化关系.     

强激光与亚临界密度等离子体相互作用中的近前向散射驱动光子加速机制

通过二维粒子模拟(particle-in-cell)方法研究了强激光与亚临界密度等离子体相互作用中的近前向光子加速机制.该机制利用强激光在亚临界密度气体传输过程中的电离效应产生在纵向和横向上密度分布不均匀的电子等离子体.在纵向上,入射激光电离氦气产生一个陡峭的电子密度前沿分布.在密度前沿处,入射激光与电子等离子体波作用发生近前向散射.散射光频率较激光频率增大,在频谱中产生了第一个特征峰.在横向上,密度不均匀造成电子等离子体波具有不同的相速度并与入射激光相互作用,使入射激光发生近前向散射,在频谱中产生了第2个特征峰.由于密度分布的不均匀性较电子等离子体波的密度扰动大得多,因此基于微扰理论的散射模型和色散关系,如受激拉曼散射,无法解释频谱中两个特征峰的出现.进一步研究发现:在密度不均匀的情况下,入射激光、电子等离子体波和散射光三者之间仍满足动量和能量守恒的三波耦合关系.这能够解释两个特征峰对应的频率和强度增长过程.该研究对于强激光在亚临界密度气体传输过程中的频谱演化具有重要参考意义.     

硅基拉曼放大器增益的理论分析

提出了硅波导中受激拉曼散射信号光获得正增益的理论分析方法,并对关键参量自由载流子寿命和抽运光功率做了分析,得到了可以获得正增益的自由载流子寿命阈值公式,抽运光功率阈值.研究了抽运方式对于硅基拉曼放大器增益的影响,并指出采用双向抽运方式可以使拉曼增益大大提高. 关键词： 硅基放大器 拉曼放大器 抽运方式     

基于受激布里渊散射的宽带宽和高精度的微波频率瞬时测量

提出了一种基于受激布里渊散射效应的瞬时频率测量方法.未知信号经过强度调制作为泵浦光,矢量网络分析仪产生的信号经过相位调制作为扫描信号光,当泵浦光和扫描信号光之间满足相位匹配条件时,受激布里渊散射效应发生并实现相位调制到强度调制的转换,未知信号的频率被测量.实验验证可以测量0.5 GHz-27 GHz的微波信号的频率,最大误差小于20 MHz.     

Doppler-free transitions induced by strong double-frequency optical excitation

The possibilities to achieve Doppler-free transitions influenced by two strong radiations with different frequencies are discussed. Derived expressions show that two-photon absorption ceases to be Doppler-free with the intensity increase of equal-frequency counterpropagation light beams. On the contrary, absorption of distinct-frequency counterpropagating waves and moreover copropagating Stokes light scattering appears to be Doppler-free under a proper pump field intensity. Applications of these induced Doppler-free transitions to resonant nonlinear optics of gas-phase media are considered. The importance of the new features resulting from the growth of both the interacting fields is stressed.     

基于Mie光散射理论的尾流气泡前向散射光特性研究

实验中利用CMOS图像传感器代替传统的光电探测器接受前向散射光,由几何光学和图像处理分析得出不同散射角的散射光与采集图像中的光环相对应.通过计算各个光环的所有像素值的总和就可以得到前向散射光光强的相对值,进而可以得出前向散射光光强变化规律.根据米氏（Mie）光散射理论可以计算出气泡各个方向的散射光光强,通过比较实验结果和Mie理论计算结果可以看出,采用CMOS图像传感器探测和图像处理技术可以准确地得出散射光强度的变化规律.     

Giant Raman optical activity of the 128-cm-1 mode in α-quartz

The threshold intensity of stimulated Raman scattering along the c-axis in α-quartz was measured for the 128-cm^-1 optical lattice vibration as a function of pump laser polarization at T = 10 K. In a right-handed, optically active quartz crystal the Raman threshold intensity for left-handed, circularly polarized pump light was lower by a factor of about 1.5 than for right-handed, circularly polarized light. The difference in threshold intensity is discussed in terms of Raman optical activity.     

Measurement of the shape of picosecond light pulses using stimulated Raman scattering

The vibrational amplitude and the intensity of the Stokes light generated by transient stimulated Raman scattering rise and decay very rapidly. The time duration of the Stokes pulse and of the phonon pulse is much shorter than the pump pulse duration. It is shown that both phonon and Stokes pulses can be used to probe the shape of ultrashort light pulses.     

Light-induced absorption in reduced congruent and near-stoichiometric Er:LiNbO3 crystals

Light-induced absorption (LIA) in thermally reduced congruent and near-stoichiometric Er:LiNbO₃ crystals, which have different cuts of crystal (X- and Y-cut) and different doping levels of Er³⁺ (0.2, 0.4, 0.6 and 1.0 mol %), has been studied within continuous-wave light intensity by using polarized 632.8 nm beam as probe light and polarized 488 nm beam as pump light. Effects of thermal reduction condition, pump intensity, Li/Nb ratio and Er-doping level on the LIA are summarized and discussed. Studies on spectral characteristics of both linear absorption and light-induced absorption show that photo-ionization of bipolarons into small polarons plays a predominant role in the LIA process. The role of the Er³⁺ ion in the LIA is investigated by studying the doping level and the thermal reduction effects on the absorption and emission properties of Er³⁺. The results show the possibility that the Er³⁺ ion directly participates in the light-induced charge transport is small. It affects the LIA only via the bypassing part of pump intensity to excite near-infrared emissions of Er³⁺. The thermaleffect on the LIA is demonstrated. A two-center model with inclusion of the thermal contribution can qualitatively explain two major LIA characteristics that include the appearance of a slow stage in the LIA procedure and the unsaturation behavior of the LIA coefficient in high pump intensity regime. In addition, the pump depletion effect on the LIA characteristics is discussed. The possibility of pump beam fanning arising from light-induced scattering is ruled out experimentally. PACS 42.70.Hj; 42.70.Ln; 42.70.Mp; 42.65.Hw; 81.05.-t     

Extraordinary variation of pump light intensity inside a four-level solid-state laser medium

A theoretical investigation of the absorption of the pump light at different intensities through a four-level solid-state laser medium is presented. It is found that the variation of the pump intensity inside the laser medium cannot always simply be dominated by Beer's law. Transmission of the pump light through this laser medium is closely related to the pump intensity itself. In fact, when the pump intensity is relatively low, whose values depend on the characteristics of the medium, the variation of the pump light through the laser medium is consistent with Beer's law. However, while the pump intensity is high enough, the relationship between the transmission of the pump light and its propagation distance is demonstrated to be linear. These theoretical results have been confirmed by the experiment with a medium of YAG:Nd.     

双折射光纤受激拉曼散射偏光特性的实验研究

对椭圆芯光纤受激拉曼散射偏光特性进行了系统的实验研究。实验巾观察到8级斯托克斯线和2级反斯托克斯线,对不同偏振态的抽运光激励下各级斯托克斯线的偏振特性、拉曼频移等参量进行了分析,并给出了经验公式。其结果与实验数据符合良好。实验表明,双折射光纤受激拉曼谱的各级斯托克斯线的偏振状态不但与拉曼介质有关还与抽运光的偏振态有关,入射抽运光偏振态对低阶次的斯托克斯线拉曼频移的影响较小,而对高级斯托克斯线拉曼频移影响较大。     

降雨粒子的无线紫外光散射特性

紫外光与降雨粒子相互作用发生散射,散射光特性改变能够反映降雨粒子的相关物理特性（如粒子尺寸参数、浓度、形态）,因此研究粒子的物理参数对散射光特性的影响对有效提高光谱法定量探测降水的精度有很大意义。由于雨滴在非球形降水粒子中具有代表性,以群雨滴粒子为例,采用T矩阵理论,利用紫外光直视和非直视单次散射模型,分析了入射光波长、群雨滴粒子形态、降雨强度、粒径大小与散射光强之间的关系。并用蒙特卡洛方法仿真分析了非球形群雨滴粒子在不同降雨强度和粒径下散射角与散射光强之间的关系,以及降雨环境中的风切变对紫外光散射特性的影响。通过理论及仿真分析,得到了不同群雨滴粒子形态下的路径损耗,不同降雨强度、风切变率和粒径下的散射光强分布。仿真结果表明：在紫外光直视与非直视通信方式下,降雨环境中的通信质量比晴天条件下的通信质量差,即路径损耗增大。当粒径分布已知时,随着降雨强度的增大,衰减系数增大,路径损耗增加,且直视通信方式的路径损耗比非直视降低7 dB左右。随着降雨强度、风切变率和粒子粒径的增大,散射光强曲线整体呈下降趋势,其中,降雨强度的变化对散射光强分布影响程度最大。相同通信距离时,不同降雨强度下的紫外光散射光强分布均随着散射角的增大而减小,当散射角继续增大到90°时,有效散射体体积逐渐减小,接收到的光子能量减小,暴雨中的散射光强衰减程度最大。相同降雨强度下考虑风切变时,相比较无风时的路径损耗增大5 dB左右。除此之外,还研究了椭球形和切比雪夫形粒子对紫外光散射光强的影响,结果表明当粒子粒径分布相同时,椭球形粒子的散射光强衰减较广义切比雪夫形粒子大。根据散射粒子的散射光强分布以及路径损耗能够区分雨滴粒子是否由相同粒径及形态组成,为粒子测量提供理论基础。分析降水中群雨滴粒子的光散射特性,为提高光谱法评估降水衰减的数值模拟方面提供理论依据,为光学技术在探测识别降水现象等气象领域的广泛应用提供了设计参考。