互联网 qkzz.net
全刊杂志网:首页 > 初中 > 文章正文
刊社推荐

二维多色阵列产生及控制


□ 吴 昆 徐 晗 吴 健 曾和平

  摘要 基于超短脉冲非线性传输过程的空间分裂和级联非共线二阶非线性过程,可以在二阶非线性介质中直接产生二维多色阵列。所形成的二维瞬态光栅可以利用同步注入的超连续白光进行探测,并实现二维多色阵列上转换放大。利用相对强度很弱的二次谐波,可以对二维多色阵列及其上转换放大进行有效控制。
  关键词 非线性光学,二维多色阵列,级联二阶非线性,弱光控制
  
  1 引言
  
  强激光光束在传播过程中的波包分裂是当前非线性光学领域的研究热点之一。人们已经在不同的非线性系统中分别发现了强光波包在空间、时间以及时空耦合基础上的波包分裂现象。由输入光束的不对称性或者材料本身的各向异性引发的光束分裂能够形成多重二阶空间孤子。同时,可以利用一束非常弱的二次谐波(second harmonic,SH)脉冲对这种空间孤子进行有效的控制,并且控制过程与输入脉冲的相对相位无关。最近,Fleischer等人利用光感应原理,在三阶非线性光敏材料中利用多束连续光之间的干涉形成二维光格子,当足够强的连续光在这些光格子中非线性传播时,分立的衍射演变为二维光孤子。另外,超短强激光脉冲在三阶非线性材料中的自聚焦与光电离通道中等离子体的自散焦相互平衡,可导致超短强激光脉冲的拉丝现象。而强激光光束本身的像差能够抑制其拉丝效应,通过改变光束像差可以控制成丝的数目、花样以及空间稳定性等。由于孤子具有传播不变的独特特性,因此它在很多非线性领域都具有重要应用,例如信号处理、玻色一爱因斯坦凝聚的动力学过程、以及全光开关等。与三阶孤子不同的是,二阶空间孤子属于由基波(fundamental wave,FW)和SH组成的双波静态局域模式。迄今为止,实验上观察到的二阶空间孤子只局限于一维的多重孤子阵列。这主要是因为二维孤子波产生所需要的抽运功率往往超过了非线性介质本身的损伤阈值,从而一直没能从实验上探索物理本质。
  
  基于二阶非线性介质,利用超短激光脉冲,我们首次在实验上观察到了二维多色阵列,并利用超连续白光实现了二维多色上转换参量放大。同时,通过注入一束较弱的SH光束,我们能够对二维阵列进行有效控制。
  
  2 实验结果与讨论
  
  我们获得二维多色阵列的方法和步骤如下:首先,在倍频过程中,由于FW和SH的强相互作用引入的空间相位调制和自聚焦等效应的相互平衡,椭圆入射光束在传输过程中发生波包分裂,形成一维空间分布的二阶空间孤子。然后,另一束非共线的FW光同步注入到晶体中,与先前波包分裂的光束之间发生级联非共线二阶过程,从而产生新的点阵;而这些新产生的点阵又参与到新的级联非共线二阶过程中,最后形成一个稳定的二维多色阵列。由于级联非共线二阶过程中相位匹配的要求,不同点阵的之间会有一定的频移,所以导致了多色二维阵列的形成。
  2.1 一维二阶空间孤子的产生及其谐波弱光控制
  实验所用的激光光源是美国光谱物理公司生产的掺钛蓝宝石再生放大飞秒激光系统。该系统输出的中心波长为800 nm,重复频率为1 kHz,脉冲半高宽为50 fs。实验采用的二阶非线性介质为4 mm厚的I类相位匹配BBO晶体,沿z轴方向29.18。切割。从激光系统输出的光脉冲分为沿轴向传播的尼,和与轴向成小角度方向的k2,k3三束。k1以一小角度经过镀了介质膜的球面反射镜后,沿轴向聚焦入射到BBO晶体上;k2则是经过球面反射镜和透镜的缩束后入射到BBO晶体上。k1和k2交叉入射,而BBO晶体则放置在使k1倍频效率最高的角度。k3在二维多色上转换参量放大过程中作为探测光束用来产生超连续白光。为了避免损伤,BBO晶体放置于k1焦点前20 cm处,晶体上k1的光斑直径为1.3mm。
  
  如图所示,k1以约为12°的折叠角经过一高反射率的球面镜聚焦,非对称聚焦导致k1的光斑呈椭圆状。以E(x,y)=F(x2/a2+y2/b2)来描述光斑形状,则k1的椭圆率为e=b/a=1.58。具有这样椭圆率的光束能够在其短轴方向上空间分裂,从而形成多个二阶空间孤子。如图所示,轴向传播的椭圆光k1波包分裂成为多个二阶空间孤子。同时,我们发现,所形成的一维二阶空间孤子可以通过同步注入弱SH成分进行控制。如图所示,实验中在4 mm的BBO晶体前放置一块1 mm厚的BBO晶体,用来在k1中产生微弱的SH成分,SH和FW脉冲能量的比率(SH/FW)通过调节BBO晶体的相位匹配角度来实现。一维二阶空间孤子在输入SH/FW=3.6%时被完全抑制。与此同时,通过调节放置在两块BBO晶体之间的一块1 mm厚的CaF2薄片的倾斜角,就可以实现FW和SH之间的相对相位在0到2π间连续调节,我们发现抑制现象与输入脉冲的相对相位无关。
分享:
 

了解更多资讯,请关注“木兰百花园”
摘自:物理 2007年第10期  
分享:
 
精彩图文
关键字
支持中国杂志产业发展,请购买、订阅纸质杂志,欢迎杂志社提供过刊、样刊及电子版。
关于我们 | 网站声明 | 刊社管理 | 网站地图 | 联系方式 | 中图分类法 | RSS 2.0订阅 | EMS快递查询
全刊杂志赏析网 2016