少周期脉冲在稠密V型三能级介质中传播时的粒子布居演化

利用由预估计校正-时域有限差分(PC-FDTD)法求解Maxwell-Bloch方程得到的数值解,研究少周期激光脉冲在稠密V型三能级原子介质中传播时各能级粒子数布居的演化特性.结果表明,两跃迁偶极矩的比值(γ)对稠密介质中粒子数布居反转出现的时间和振荡的次数具有显著的影响,γ=1时,考虑洛仑兹局域场修正(LFC)时,粒子数反转出现的较晚,近偶极-偶极(NDD)相互作用延缓了粒子数的反转;γ>1时,考虑LFC时,粒子数反转出现的较早,NDD相互作用加快了粒子数的反转;电偶极矩不同时,粒子数布居振荡的次数比相同时多.粒子数布居在稠密介质中的演化特性与稀疏介质中显著不同,在入界处,稀疏介质中粒子数布居可以实现长时间的反转;随着介质密度的增大,粒子数布居产生准周期性的振荡,但考虑LFC时,振荡的次数比不考虑LFC时少.     

室温条件下掺铥光纤放大器中光波群速减慢的研究

从掺铥离子光纤的速率方程和传输方程出发,建立了掺铥离子光纤放大器中光速减慢的理论模型,分析并讨论了介质的增益与泵浦光功率之间的关系。当掺铥离子光纤处于吸收区域时,粒子布居振荡导致光脉冲经历了饱和吸收过程,此时光脉冲传输延迟;当掺铥离子光纤处于增益区域时,粒子布居振荡导致光脉冲经历了增益饱和过程,此时脉冲传输超前。依据该理论模型进行了理论仿真计算,同时进行了室温条件下掺铥离子光纤中光波群速减慢传输的研究。     

Bell态原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用的原子布居数演化特性

运用全量子理论研究了Bell态原子与双模纠缠相干光场双光子相互作用过程中的原子粒子布居差的时间演化规律.结果表明:原子初始处于|β11＞时,原子粒子布居差恒为零;原子初始处于其他三个Bell态时,随着初始光场平均光子数的增加,原子粒子数布居差时间演化曲线的振荡频率明显增大,振荡幅度明显减小;双模光场纠缠程度的大小对曲线的振荡频率及整体曲线的位置都没有影响.随着原子间偶极相互作用的增强,当原子初态处在|β01＞时,曲线的Rabi振荡频率明显增大;而两原子初始处于|β10＞或|β00＞态时,曲线的崩塌-回复现象逐渐消失.     

双共振激发多光子电离过程中电离光电子谱的量子相干调制

利用缀饰态和微扰理论,研究了双共振激发多光子电离过程中电离光电子谱的量子相干特性,讨论了强场作用下激发脉冲的面积和脉冲间的延迟对多光子电离光电子谱的影响.结果表明,脉冲面积和脉冲间的延迟对电离光电子谱有明显的调制作用.当第一个脉冲的面积和脉冲间的延迟选取合适时,实现了多光子电离光电子谱Autler-Townes分裂以及电离光电子谱中干涉条纹的控制,并且利用这一量子相干控制实现了粒子在两个缀饰态之间的选择性布居;第二个脉冲面积的变化不影响两个缀饰态上的粒子布居几率,但对电离光电子谱有着明显的调制作用.     

调制振幅对粒子布居几率振荡的影响

为探讨调频场导致的量子效应的物理本质,运用密度矩阵方程和布洛赫矢量模型,对调频场作用下二能级原子系统中的粒子布居几率振荡现象进行了理论分析,讨论了光场调制振幅对振荡过程的影响。理论计算结果表明,光场调制振幅对粒子布居转移和几率振荡有较大的调制作用。当其他参量不变时,随着调制振幅的增大,粒子布居几率振荡减弱,布居转移效率增高,吸收增强。布洛赫矢量分析表明,该振荡过程是系统粒子数转移、吸收和极化三者之间的动态变化过程。     

室温条件下掺铒光纤中光脉冲群速可控特性的研究

利用相干布居振荡技术在介质吸收光谱上产生烧孔，孔宽大约为基态粒子数恢复时间的倒数. 由增益理论分析得到不同抽运光功率对介质吸收状态的影响. 在介质的吸收区域，振荡导致光脉冲经历饱和吸收，脉冲传输延迟；在介质的增益区域，振荡又导致光脉冲经历增益饱和，脉冲传输超前. 应用此技术在掺铒光纤中实现了光速人为可控. 在掺铒光纤晶体中观测到了最慢为2.857×10³m/s的光速减慢传输，相应感生群折射率为10.5×10⁴. 根据布居振荡效应及增益理论，由速率方程出发，得到了 关键词： 光谱烧孔 相干布居振荡 饱和吸收 慢光     

高功率超短脉冲在增益介质中的传输特性

在考虑了增益介质的群速度色散、克尔非线性效应、增益饱和和增益谱后,推导出了光脉冲在介质中的传输方程.采用分步傅里叶变换法数值模拟了高功率线性啁啾脉冲在增益介质中的传输状态,并着重讨论了增益色散对光脉冲形状和功率谱的影响.计算结果表明:当高功率超高斯光脉冲在增益介质中传输放大时,脉冲形状变得尖锐,峰值向脉冲前沿移动;功率谱峰值向低频方向移动,并且在功率谱边缘形成非对称振荡结构;当介质的增益色散增大时,光脉冲光谱宽度变窄,峰值功率减小,因此对于宽光谱脉冲,增益色散将会导致损耗.     

频率变化的压缩态光场与原子的相互作用

研究了频率随时间变化的压缩态光场与二能级原子的相互作用，主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下原子布居数反转随时间的演化特性.当光场频率随时间作正弦调制时，不仅光场频率调制，而且压缩态的压缩系数和压缩相位均对原子布居数反转的崩塌-回复过程有影响.当光场频率随时间作脉冲调制时，脉冲调制的突变使各拉比振荡之间的相干性发生改变，并在原子布居数反转随时间演化过程中诱导出新的崩塌-回复过程，尤其在脉冲出现的区间内，原子布居数反转表现出持续的小幅快速振荡，这与压缩态的压缩系数无关. 关键词： Jaynes-Cummings模型 压缩态 原子布居数反转     

少体硬球系统的动力学与统计研究

研究了少数几个封闭于箱子中的硬球组成的系统的动力学与统计行为.着重研究单粒子位形 空间的碰撞分布.计算表明，硬球的半径较小时，单粒子统计分布函数在空间主要是均匀分 布；随着半径的增大，均匀分布部分逐渐减小.当硬球半径与箱子尺寸比值超过临界值时， 单粒子分布函数呈现双峰形式.还利用少体硬球系统模拟布朗运动.研究表明，当硬球系统作 为介质时，系统不存在扩散过程；发现大粒子的平均平方位移与时间是平方关系，说明大粒 子在硬球介质中的输运是弹道输运过程. 关键词： 硬球 动力学 布朗运动 遍历     

均匀展宽增益介质中超光速饱和现象的研究

根据饱和增益理论分析可知,不同抽运光功率对应着介质不同的吸收和增益状态. 在吸收介质中,相干布居振荡效应导致光脉冲经历饱和吸收,光脉冲传输延迟;在增益介质中, 相干布居振荡效应导致光脉冲经历增益饱和,光脉冲传输超前. 本文由铒离子的亚稳态速率方程出发,建立了掺铒光纤中超光速传输的理论模型, 同时得到时间超前的数值解析表达式;讨论了低频率段超光速的饱和现象, 即超光速在低频段并不随着抽运光功率的增强而加强,而在高频率段随抽运光功率的增加而加强.     

大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径(100μm)阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径（100 μm）阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

Generation and propagation of pulse trains with ultrashort pulse separation

We investigate the nonlinear Schrödinger equation with variable coefficients by employing perturbation method. The analysis solution of the harmonic form is presented. The solution is one of forms to describe pulse trains with ultrashort pulse separation, which is about two orders of magnitude shorter than one of sech-type solitons considered before. And we could systematically adjust the perturbation parameter to obtain different pulse separation. As an example, we consider a nonlinear dispersive system with spatial parameter variations, and the results show that, the pulse train with ultrashort pulse separation presented by analysis solution may keep its shape even if the velocity is changed. The stability of the solution is discussed numerically, and the results reveal that the finite initial perturbations, such as white noise could not influence the main character of the solution. In addition, the stability of the solution is also discussed under more general conditions.     

含空间滤波器的激光放大系统的逆问题

从Frantz Nodvik方程和广义惠更斯 菲涅耳衍射积分出发，采用快速傅里叶变换和逐次逼近叠代法，求解含空间滤波器的激光放大系统的逆问题，即由所要求的输出激光时间、空间波形和能量密度，并给定放大器和空间滤波器参数情况下，求输入激光时间波形、振幅和相位分布- 关键词：     

激光大气等离子体的空间分布特性

 利用Nd:YAG激光器产生的1.06 μm激光束（脉冲能量为500 mJ,脉冲宽度为10 ns, 重复频率为30 Hz）聚焦形成长约8 cm、直径5 cm的激光大气等离子体柱,分别沿激光束方向和垂直于激光束方向探测了该等离子体柱的空间分辨光谱,并由此反演得出电子密度和电子温度空间分布特性。实验结果表明：激光大气等离子体中各种离子和电子呈泪滴型分布,即沿激光束方向不对称,而垂直激光束方向对称分布,最大电子密度1018/cm3,最高电子温度3 000 K。     

提高布里渊光时域反射应变仪测量空间分辨力的等效脉冲光拟合法

由于探测光脉冲宽度受到限制,布里渊光时域反射仪(BOTDR)在对光纤上的应变进行分布式测量时,空间分辨力只能达到1 m。针对布里渊光时域反射仪单次采样接收背向布里渊散射信号(BBS)需要一定的时间,提出了基于等效脉冲光的多洛仑兹拟合法以提高其应变测量的空间分辨力。该方法将探测光脉冲在布里渊光时域反射仪完成单次采样所需的时间上进行积分,将积分函数作为等效脉冲光的表达式,再根据等效脉冲光的形状将布里渊光时域反射仪接收到的背向布里渊散射谱(BBS)细分,并对它进行多洛仑兹迭代拟合,准确求得每个细分布里渊散射谱的中心频率,进而利用光纤中布里渊频移与应变的对应关系,得到光纤中与细分布里渊散射谱对应的细分光纤单元上的应变情况。实验结果表明,利用这种方法,可使布里渊光时域反射仪应变测量的空间分辨力提高至0.05 m。     

Single-shot measurement of a carrier-envelope phase by use of a time-dependent polarization pulse

We propose a method for single-shot measurement of the carrier-envelope phase of high-intensity laser pulses. The method is based on observation of the electrons' spatial distribution ionized by a time-dependent polarization pulse generated by a combination of replicas of the measuring pulse. The dependence of the electrons' angular distribution on carrier-envelope phase, pulse width, delay between two combining components, and a peak intensity is calculated. Important experimental issues such as broadening of the angular distribution, Gouy phase, difference between the two replicas, and asymmetric pulse shape are also discussed.     

Diode-pumped passively Q-switched Nd:YVO4 laser with GaAs saturable absorber

The intracavity photon density is assumed to be of Gaussian spatial distributions and its longitudinal variation is also considered in the rate equations for a laser diode(LD)end-pumped passively Q-switched Nd:YVO4 laser with GaAs saturable absorber.These space-dependent rate equations are solved numerically.The dependences of pulse width,pulse repetition rate,single-pulse energy,and peak power on incident pump power are obtained.In the experiment,the LD end-pumped passively Q-switched Nd:YVO4 laser with GaAs saturable absorber is realized and the experimental results are consistent with the numerical solutions.     

纳秒激光烧蚀铝材料的二维数值模拟

为了探索纳秒脉冲强激光与材料的相互作用机理,建立了二维数值模型,利用有限差分法对纳秒激光脉冲烧蚀金属铝的温度场进行了数值模拟.通过对比不同脉宽、光斑和能量下激光引起的温度场随时间的演化,发现脉冲的前期温度升高比后期快.等温图显示中心温度升高最快,烧蚀轮廓与激光束形状相似,烧蚀深度达1—5 μm.脉宽越长,烧蚀越窄和越深,光斑越大,烧蚀越宽和越浅.数值研究表明,1)激光的脉冲形状、脉宽和功率密度直接影响烧蚀的形状和深度,2)激光功率密度在10⁹ W/cm²量级烧蚀     

Numerical simulation of laser-generated ultrasound in non-metallic material by the finite element method

The use of a pulsed laser for the generation of the elastic waves in non-metallic materials in the thermoelastic regime is investigated by using finite element method (FEM), taking into account not only thermal diffusion and the finite spatial and temporal shape of the laser pulse, but also optical penetration and the temperature dependence of material properties. The optimum finite element model is established based on analysis of two important parameters, meshing size and time step, and the stability of solution. Temperature distributions and temperature gradient fields in non-metallic material for different time steps are obtained, this temperature field is equivalent to a bulk force source to generate ultrasonic wave. The laser-generated ultrasound waveforms at the epicenter and surface acoustic waveforms (SAWs) are obtained and the influence of optical penetration into the material on the temperature field and the ultrasound waveforms are analyzed. The numerical results indicate that the heat penetration into non-metallic material is caused mainly by the optical penetration, and the ultrasound waveforms, especially the shape of the precursor, are strongly dependent on the optical penetration depth into non-metallic material.