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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其物理本质。
  
  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。 ......
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摘自:物理
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