超短激光脉冲在共振光子带隙结构中的存储

采用时域有限差分方法求出了麦克斯韦-布洛赫方程的孤子解,数值模拟了由共振吸收原子按布拉格结构所排列而形成的″主动光子晶体″中产生″慢光子″和″静止光子″的方法.结果证明,如果使入射脉冲面积等于一个合适的值,无须对介质作任何初始激发,具有一定包络形状的脉冲可以在共振光子带隙结构中演化为空间局域化的振荡间隙孤子或静止间隙孤子.此外,理论上也模拟了间隙孤子分裂的情况.我们研究的结果证明,多个间隙孤子可以连续地自发局域化于同一结构中,因此,有效的光能就能以原子相干态的形式在共振光子带隙结构中存储,响应时间为亚皮秒的光子操控将有可能实现.     

超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

为了研究超短激光辐照下半导体表面的热效应,采用有限差分法对双温方程进行了数值模拟,研究了飞秒、皮秒激光作用下,半导体表面载流子和晶格的温度分布情况.结果表明,载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同,激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,超短脉冲激光入射时能量主要被半导体表层载流子吸收,所得结论与实验结果较吻合.     

超短脉冲激光频率的线性及非线性扩展

通过采用若干激光增益介质和非线性频率变换技术,有效地扩展了皮秒及飞秒激光的波长.在可见光波段,利用自建的高能量400 nm倍频皮秒钛宝石激光作泵浦,通过LBO参量放大,得到了波长从450～750 nm可调、最高单脉冲能量达30 mJ的可调谐皮秒激光脉冲;在红外波段,通过上述方案不仅产生了波长850 nm～3.6μm的皮秒闲频光,而且相继利用Cr:Mg2SiO4和Cr:YAG晶体作为增益介质,获得了中心波长分别在1 280 nm和1 450 mn波段的飞秒激光脉冲.利用Yb:YAG、Yb:GYSO、Nd:GdVO4、Nd:LuVO4等晶体作增益介质,获得了中心波长1 053、1 093 nm的飞秒激光脉冲及912、916 nm的皮秒脉冲.这些具有不同波长特性的超短脉冲激光光源,可望在许多领域获得重要应用.     

脉冲激光改性金属纳米薄膜的等离子体特性

在室温环境下,实验采用Nd\:YAG光纤脉冲激光器辐照银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)三种光滑连续的金属薄膜,制备出了对应的三种金属纳米颗粒薄膜。通过调节激光扫描速率可以实现三种金属纳米颗粒薄膜的局域表面等离子体共振(LSPR)波长和强度的调谐。其中,Ag纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现出较宽的调谐范围,Cu纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现较小的调谐范围,Al纳米颗粒薄膜在紫外光波段的等离子体吸收峰窄而尖锐,且LSPR波长调谐范围也较小。与激光辐照前的三种金属薄膜相比,激光辐照后生成的三种金属纳米颗粒薄膜出现了更强的表面增强拉曼散射信号。有限差分时域仿真模拟出的样品的电场强度分布与实验得到的表面增强拉曼散射结果一致。     

电磁脉冲对带孔缝腔体的耦合特性

利用时域有限差分方法(FDTD)研究了电磁脉冲对带孔缝导体腔的耦合特性。为减少存储空间而采用非均匀网格法,分别对腔体上开有不同形状(正方形、长方形)和不同数目孔缝时的耦合效应进行分析。结果表明,在孔洞面积相同的情况下,电磁脉冲对正方形孔洞的耦合能量较小;而对长方形,当脉冲的极化方向与孔洞短边平行时,耦合能量最大;此外,把单个孔洞分成总面积不变的多孔洞后,耦合能量减小;同时,在保持通风面积不变的情况下,将原本开在一层屏蔽板上的孔缝交错地开在两层板上,能够明显改善屏蔽效果。     

波导中入射脉冲的重建

本文用时域有限差分算法给出了波导中入射场的重建方法，研究了波导中脉冲传播的吸收边界条件。用本文的方法，只要测量出波导出口面上任一位置的场随时间的变化曲线，即可实现入射场的精确重建。     

超短激光脉冲在线性色散光纤中的传播

研究了线性光纤中色散导致光脉冲展宽的详细物理过程,以此为光纤中光孤子产生的物理过程作物理上的准备。     

飞秒、皮秒激光烧蚀金属表面的有限差分热分析

为描述飞秒激光烧蚀金属表面过程，对双温方程进行了约化。用有限差分法对飞秒、皮秒脉冲激光在金属表面烧蚀过程的温度场进行了一维数值模拟。分析了在飞秒领域对双温方程约化的合理性。计算模型对电子与光子耦合系数的大小对金属表层电子温度的影响进行了分析。同时考虑不同脉宽、不同能流及功率密度大小的因素。发现电子与晶格耦合系数影响材料表面电子的温升及电子与晶格温度耦合时间；与皮秒激光比较。脉冲功率密度是影响电子最终温度的主要因素；飞秒激光烧蚀金属材料的厚度可达到表层厚度(吸收系数的倒数)量级。     

超快激光与生物含水组织相互作用

研究了超快脉冲激光与生物组织相互作用的机理 ,建立了生物软组织中激光诱导光学击穿模型 ;结果表明 ,对于纳秒或亚纳秒脉冲激光 ,强吸收介质的热电子发射对电子雪崩电离过程有很大影响 ,等离子体光学击穿阈值随生物组织吸收的增加而降低 ;在激光脉宽为亚皮秒量级时 ,多光子电离成为光学击穿的主要机制 ,介质的击穿阈值几乎与线性吸收系数无关。在达到光学击穿阈值时 ,激光能量沉积在厚度约 1μm的薄层之内 ;随着激光能量显著超过击穿阈值 ,有效的激光透过深度减小。     

远红外自由电子激光器中超短光脉冲的产生

探讨了射频型远红外波导自由电子激光器（ＦＩＲ—ＦＥＬ）中产生超短光脉冲的可能性。由于短电子束辐射出与其长度相当的光脉冲．因此提出了选择适当的电子束起始相速度来确保正增益和光脉冲折射率沿相对滑移方向单调增加，这样当光脉冲渡越折射率渐变的“增益介质”—电子束团时．光脉冲前后沿将向中心相向移动而使其径向宽度被压缩。则可能获得远红外波段的高功率超短光脉冲。     

短腔染料激光产生超短激光脉冲串的机理分析

利用速率方程分析了短腔染料激光的瞬态行为，着重探讨了加入适量饱和吸收体后其输出皮秒（ｐｓ）和飞秒（ｆｓ）激光脉冲的方法及特性，发现与实验结果基本一致。     

利用频率分辨光学门回归超短脉冲振幅和相位

本文首先介绍频率分辨光学门（RFOG）技术的原理和算法。对于倍频情况（SHG-FROG），我们编程实现了利用计算机快速回归。文中给出了利用该程序所获得的回归结果及对传统算法的改进。事实证明，该算法在分析各种性质的超短脉冲时既准确又方便。     

光子扫描隧道显微镜成像原理的数值研究

用二时域有限公司差分(FDTD)方法模拟光子扫描隧道显微镜(PSTM)的基本原理。计算包括玻璃，空气和平面探针三层模式。给出了样品在全内反射照射下总场分和的图像和在样品上方等高扫描的光强分布图。并且给出光子扫描隧道显微镜中的光子隧道效应即在样品上方用一亚波长尺度的微小探针可将隐失波转变为传输波的图片。结果表明FDTD方法是PSTM理论研究中的强有力的工具。