GSM光束在负折射率介质中的传输特性研究

为了研究高斯-谢尔模型光束在负折射率介质中的传输特性,利用矩阵光学理论、衍射积分理论、相干偏振统一理论推导了高斯-谢尔模型光束通过负折射率介质中传输交叉谱密度方程的解析表达式,并利用该解析表达式得到了高斯-谢尔模型光束通过负折射率介质的谱密度和谱相干度。结果表明,高斯-谢尔模型光束的谱密度和谱相干度都可以通过负折射率介质的工作频率调控。此研究结果提供了一种新的调控光传输的方法和技术。     

Airy光束在Λ型三能级EIT介质中的传输特性研究

研究了艾里光束（Airy beams）在EIT介质中的传输性质。利用ABCD矩阵光学理论,推导出Airy光束在EIT介质中的传输解析表达式。计算结果表明,Airy光束的自加速偏转和光强分布都可以通过控制光的拉比频率调控。该研究结果对人们利用Airy光束在光学操控以及生物医学中的应用都具有十分重要的潜在应用价值。     

高斯-谢尔模型阵列光束在湍流大气中的空间相干性

基于广义Huygens-Fresnel 原理和Rytov 相位结构函数二次近似的方法,推导出了径向分布高斯-谢尔模(GSM)阵列光束在湍流大气中传输时的交叉谱密度函数解析表达式,并利用表征光束相干性的空间复相干度系数,详细分析了GSM 阵列光束在大气湍流中传输时的空间相干性变化规律。研究结果表明:径向分布GSM 阵列光束的空间相干性由子光束空间相干长度、传输距离、大气折射率结构常数及相对径向填充因子等因素共同确定;径向分布GSM 阵列光束通过湍流大气时,其空间相干度在传输过程中会出现多峰值现象,但是随着传输距离增大,多峰值现象逐渐消失并趋向于高斯分布,并且随着距离增大空间相干度宽度逐渐减小,光束空间相干性变差。     

用张量方法研究部分相干光的传输特性

对于非轴对称的部分相干光束,以往人们一直借助于Wigner分布函数来处理它的传输和变换,但这是一种间接的方法.本文引入了一个4×4阶张量M-1(称为部分相干复曲率张量)来描写一般的部分相干非轴对称高斯-谢尔模(GSM)光束,导出了适用于部分相干光传输的张量ABCD定律.该定律形式简洁,可方便地处理GSM光束的各种传输问题.利用该定律研究了GSM光束经过薄透镜的聚焦特性,并与完全相干光的聚焦特性作了对比.结果表明,部分相干光的聚焦特性与完全相干光有很大区别,聚焦后焦平面上光斑的大小依赖于光束的相干度,聚焦位置则与部分相干光的波前曲率参数有关.部分相干非轴对称GSM光束经过聚焦后的近场光斑会发生旋转,旋转的快慢与扭曲因子密切相关.(OG1)     

多色GSM光束通过杨氏双缝后谱强度的一般式

为了统一地研究多色高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝衍射后在近场和远场的光谱移动和光谱开关现象,利用部分相干光的广义衍射积分公式,得到了多色GSM光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后的谱强度解析表达式。从该式可看出,多色GSM光束轴上光谱移动的成因是不同频率成分的光具有不同的菲涅耳数。利用谱强度解析式并以自由空间作为ABCD光学系统的典型代表,对多色GSM光束在近场轴上和远场轴外的光谱移动和光谱开关现象作了数值计算研究。结果表明,所得谱强度解析表达式对GSM光束通过杨氏双缝衍射后的光谱移动和光谱开关现象的研究有一定的理论价值。     

多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤中的轨道角动量演化

轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)的引入丰富了光通信领域内的调制维度,为寻找更高效快捷的通信方式提供了新思路,相较于传统携带涡旋相位的涡旋光束,部分相干扭曲光束携带的OAM性质更为复杂。本文针对椭圆多高斯关联扭曲光束在梯度折射率(gradient-index, GRIN)光纤中的OAM传输,基于GRIN光纤的ABCD光学传输矩阵,着重分析了多高斯关联扭曲光束在GRIN光纤传输的OAM的传输演化特性。研究结果表明,光束的光强、OAM通量密度以及归一化OAM通量密度在光纤传输过程中均呈现周期性变化,通过对关联结构以及扭曲因子的调控不仅可以改变光束OAM通量密度的分布,还可以调控单光子携带OAM的大小。本文的研究有助于丰富扭曲部分相干光束在GRIN光纤中传输的理论结果,在光纤通信中具有潜在的应用前景。     

OG光束传输、控制及光束质量

用张量方法研究部分相干光的传输特性蔡阳健　林　强谢先闻(浙江大学物理系光学研究所 ,杭州 310 0 2 8) (浙江教育学院物理系 ,杭州 310 0 12 )　　对于非轴对称的部分相干光束 ,以往人们一直借助于 Wigner分布函数来处理它的传输和变换 ,但这是一种间接的方法。本文引入了一个 4× 4阶张量 M-1(称为部分相干复曲率张量 )来描写一般的部分相干非轴对称高斯 -谢尔模 (GSM)光束 ,导出了适用于部分相干光传输的张量 ABCD定律。该定律形式简洁 ,可方便地处理 GSM光束的各种传输问题。利用该定律研究了 GSM光束经过薄透镜的聚焦特性 ,并与…     

高斯-谢尔模型光束通过聚焦光学系统的偏振特性

为了研究高斯-谢尔模型光束的偏振特性,采用交叉谱密度矩阵的方法,研究了该光束通过聚焦光学系统的偏振特性,得到了完全偏振和完全非偏振光束保持偏振度不变的条件,并给出了通过聚焦光学系统后传输平面偏振度实现均匀分布的条件。结果表明,聚焦光学系统中偏振度在焦点位置附近有明显的起伏变化;焦点位置上的偏振度等于其在自由空间传输时的远场稳定偏振度。该研究对激光传输领域具有重要的理论和现实意义。     

高斯-谢尔脉冲在单模光纤中的传输特性研究

为了研究高斯-谢尔模型(GSM)脉冲在单模光纤中的传输特性, 采用相干函数传播分析法推导出GSM脉冲经单模光纤传输后输出脉冲的时间相干函数解析表达式, 在此基础上分析脉冲宽度、相干时间和功率谱等特征量的变化, 并推导出在远端条件下单模光纤的时域广义范西特-泽尼克定理。结果表明, GSM脉冲在单模光纤中的传输存在功率谱和全局相干度两个守恒量, 且二者是一致的。该研究结果对激光传输领域具有一定的理论和现实意义。     

部分相干光光束并合的光束传输变换特性

运用维格纳(Wigner)分布函数(WDF)研究了高斯-谢尔模型(GSM)描述的部分相干光-光束并合的光束传输特性.推导出了并合光束的光束传输因子(M2因子)、峭度因子(K因子)以及光强分布的解析表达式.研究表明,并合光束的M2因子、K因子、光强分布和束宽依赖于总的空间相干度α,间距xd,束腰宽度ω0和GSM子光束数目N,如果子光束具有较大的α值,并合光束在远场更能达到较高的峰值光强和较窄的束宽.     

湍流对部分相干光光谱移动的影响

Wolf效应，即部分相干光除满足定标律之外，即使在自由空间中传输时其光谱一般也会发生变化，是一类著名的相关诱导光谱变化现象。以高斯-谢尔模型(GSM)光束作为部分相干光的典型例子，研究湍流对高斯-谢尔模型光束光谱移动的影响。基于部分相干光的传输定理，并考虑湍流的存在，推导出了高斯-谢尔模型光束通过湍流介质的光谱公式，并作了数值计算。研究表明，无论定标律是否满足，湍流都会影响高斯-谢尔模型光束的光谱。湍流越强，与无湍流情况比较光谱移动越大。特别是，若不满足定标律时轴外光谱还会出现分裂。高斯-谢尔模型光束在湍流介质中的光谱移动由光束的空问相干性、折射率结构常数Cn^2和位置等参量决定。     

三束相干光场驱动的Ru原子蒸汽中可调谐的光吸收

在铷原子蒸汽中,同时引入一束强相干光和两束耦合光共同作用在一个多普勒加宽的四能级N模型原子系统中。在原子系统中通过耦合场的引入以及耦合场强度的调节,观察量子光学现象。首先,由原子模型出发,由哈密顿量方程求得密度矩阵,再经由拉氏变换法求解,得出弱探测光的吸收光谱表达式。在光路设计中,采用耦合光与探测光同向,与饱和光反向传播,通过光场参数的调节,可以观察到六个相干光学烧孔和一个电磁感应光透明窗口。同时,采用了两束耦合光分别和探测光反向、同向传播,饱和光与探测光反向传播。此时在吸收光谱中,将同时出现电磁感应光透明和电磁诱导吸收两种现象。进而,在原子系统中,采用光路的不同搭配,在吸收光谱中可以观测到吸收增强或减弱情况的出现,包括形成烧孔的位置和个数的变化;通过驱动场激发原子的相干跃迁,使得在吸收谱线中同时出现电磁诱导透明和电磁诱导吸收两种吸收特性,并通过光场的调节,数据模拟的比较,分析两种量子相干效应的产生和转换,进行深入研究,并得出结论,这些结果对于现在热门的光学量子存储将有较好的理论指导。     

Influence of different propagation paths on the propagation of laser in atmospheric turbulence

The analytical expressions for the average intensity, root mean square （RMS） beam width and angular spread of Gaus- sian Schell-model （GSM） beams propagating under slant atmospheric turbulence are derived, and they are used to study the influence of different propagation paths on the propagation of laser beams in atmospheric turbulence. It is shown that under the same condition, the influence of atmospheric turbulence along a downlink path on the GSM beam propagation is the smallest among the three paths. Therefore, the downlink propagation is more beneficial to the beam propagation through atmospheric turbulence compared with the uplink propagation and horizontal propagation.     

部分空间相干光经准均匀介质的散射

基于一阶波恩近似,研究了部分空间相干平面光经准均匀介质的散射特性,得到了远场散射光谱强度和光谱相干度的解析表达式。讨论了入射光的空间相干性和介质特性对散射场光谱强度和光谱相干度的影响。比较了入射光是完全相干光和部分相干光时,散射场光谱强度和相干度的区别。研究结果表明:入射光的空间相干性对散射场光谱强度的分布有重要影响;随着入射光空间相干长度的增大,光谱宽度减小;光谱相干度随着入射光束腰宽度或介质有效半径的增大而减小。当准均匀介质的有效半径和相干长度、入射光的空间相干长度满足一定条件时,散射光是完全相干光。     

部分相干光经多个圆孔衍射后的偏振度变化

基于随机电磁光束的相干偏振统一理论和部分相干光的传输定律,研究了部分相干光源所发出的光经过多个圆孔衍射后的偏振度变化情况。以高斯-谢尔(Gauss-Schell)模型光束为例,研究了多个圆孔衍射后的轴上偏振度变化。发现随着圆孔数量的增加,偏振度将出现相应的变化,并且经过足够长的传输距离之后,偏振度将趋于一个定值。以三个圆孔为例,重点研究了圆孔大小、圆孔间距、源平面处的相干长度以及源平面的偏振度取值等参量对轴上观察点的偏振度影响。     

部分相干光束通过傅立叶变换系统偏振态的变化

基于空间－频率域的部分相干光理论，研究了部分相干光束通过傅立叶变换系统后偏振 变化，并以ＧＭＳ光束为例，进行了理论计算，结果表明：入射场的空间相干性对出射场的偏度影响极大，具体数值依赖于入射光场两分量的空间相关长度之比。     

高斯谢尔模光束通过ABCD光学系统的偏振特性

推导了高斯谢尔模光束通过ABCD光学系统的交叉谱密度矩阵，研究了该条件下光谱偏振度的变化情况。比较研究了高斯谢尔模光束通过自由空间和聚焦光学系统的情况。研究表明，在自由空间中传输足够远的距离后光谱偏振度将达到稳定，在聚焦光学系统中光谱偏振度在焦面位置附近有明显的起伏变化，两者都与光源参量的选择有关。特别指出，位于焦面上...     

开放V型系统中自发辐射诱导相干的影响

利用开放的V型三能级原子系统密度矩阵运动方程的数值解,从不同角度研究了原子自发辐射诱导相干(SGC)对系统吸收和色散的影响。研究发现,这种相干性可导致无粒子数反转激光(LWI)、电磁感应透明(EIT)和无吸收高色散。研究还表明,这种相干性越强,获得最大无反转增益所需的驱动场Rabi频率的值越大而所需的非相干泵浦速率R的值越小;随着原子退出速率的增大,无反转增益逐渐减小并最终转变为吸收,而且增益减小的速度随这种相干性的增强而加快。     

Spectral line narrowing effect induced by atomic coherence in a three-level A system

We present the spectral line narrowing effect in a Λ three-level atomic system where one transition is coupled by a coupling laser and the narrow feature is observed by probing the other transition with a weak laser. As coupling laser detuning increases the electromagnetically induced transparency resonance is observed to evolve into electromagnetically induced absorption resonance with sub-natural linewidth. The linewidth of the narrow spectral feature is studied as a function of coupling laser detuning and the atomic system parameters. The result is explained using density matrix density equation in the dressed-atom picture.