圆孔衍射调制强激光非线性传输实验研究

实验研究了圆孔衍射调制下的强激光在克尔非线性介质中的传输特性。观测了小尺度自聚焦效应引起的多细丝形成、单根细丝演化以及细丝之间相互作用过程。结果表明:在非线性传输过程中,衍射调制光束在空间特定位置出现调制增长,导致光束分裂形成多路细丝;单根细丝的强度并非无限增长,而是达到一定值后通过锥形发射释放多余能量,同时与背景光相互作用形成新细丝;相距较近的细丝之间通过干涉相互作用,使其在附近区域形成新的细丝。     

TE矢量高斯光束的二阶矩传输

运用光束传输的非傍轴矢量矩理论,对TE矢量高斯光束的传输进行了研究,给出了束腰、横向发散角和光 束传输因子的积分表达式。基于能流二阶矩定义的横向光束宽度在传输过程中服从简单的双曲线变化规律。数 值计算表明,在高度非傍轴情形下,由于TE偏振导致两个横向存在不同的光束传输特性,且最大的横向发散度超 过了非傍轴标量高斯光束的发散度极限63.43°,接近于90°,这与波动光学理论相符合,其中x方向上的发散度略 比y方向上的大。而对于傍轴情形,在非傍轴标量高斯光束傍轴化条件下,TE矢量高斯光束的传输可简化为横基 模傍轴标量高斯光束,稍有区别的是其光束传输因子始终保持略大于1,且永远不能精确地等于1。     

高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输特性

基于无像差自聚焦理论,使用ABCD定律导出了高斯光束在非线性梯度折射率介质中的解析传输公式。采用矩阵光学方法研究了高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输特性。结果表明,介质的非线性性和非均匀性、激光功率及入射光束参数影响其传输特性。     

线性势作用下艾里-高斯光束的周期演化

以分数薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶法进行数值模拟,研究了线性势作用对艾里-高斯光束的传输特性和两光束相互作用的影响。结果表明,艾里-高斯光束在无线性势作用时会分裂成两束,有线性势作用时分裂现象逐渐消失,光束传输呈现周期演化,且主瓣能量和旁瓣能量几乎不随传输距离的增加而改变。该周期演化在参数改变时会有不同的表现,据此可调节光束的周期演化过程。线性系数主要影响演化周期,而且它的符号可以控制光束的偏转方向和分布空间;莱维系数则会改变光束的横向振荡幅度,同时光束偏转角度会发生变化,光束的演化路径由近似折线变为曲线。在满足一定的相位条件下,相互作用的两光束的能量会发生周期性互换,随着莱维系数的增大,这种周期性互换现象会消失。这些结果为光束在光开关和光学逻辑器件中的应用以及光束的调节提供了理论参考。     

部分相干调制方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性

基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分和相干偏振统一理论,研究了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性,推导出了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的交叉谱密度矩阵解析式,通过数值计算分析了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布。研究结果表明振幅和相位调制半径、调制深度都会对部分相干方形平顶脉冲电磁光束的光谱强度分布产生影响,有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布与相干长度、脉冲时间相干长度和传输距离有关。     

像散对聚焦正弦-高斯光束参数的影响

应用二阶矩法推导出了正弦-高斯光束通过像散透镜后束宽的解析表达式.通过数值计算对正弦-高斯光束通过像散透镜后的光束参数,例如束宽和远场发散角的相对误差进行了研究.结果表明:像散使x方向与y方向的束宽一般不相等,束宽的相对误差在传输距离z上存在零点,但x方向与y方向零点的位值不相同;几何焦面上x方向与y方向束宽的相对误差...     

强非局域非线性介质中1+1维厄米高斯损耗光孤子

用变分法研究了强非局域非线性损耗介质中1+1维厄米高斯光束的传输特性，得到了损耗光束参量在介质中传输所遵循的规律及其形成损耗光孤子所需要的临界功率．当初始功率接近临界功率时，光束的束宽按准正弦或准余弦规律作准周期展宽变化．通过比较，利用变分法所得到的解析解与数值解在光束传输一段较长的距离内都符合的比较好．     

双曲正弦平方-高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输

基于光束在单轴晶体中的傍轴矢量传输理论,对双曲正弦平方-高斯光束在单轴各向异性晶体中垂直于光轴的传输做了研究,得到了一般的解析传输公式,并用数值计算方法分析了该光束的传输特性。研究表明:由于晶体的各向异性,其原来的偏振特性将不再保持,仅沿x方向偏振的初始场分量衍生出y分量;随着传输距离的增加,非寻常光沿x轴和z轴的偏振场慢变振幅均减小,光强峰值也随之减小。此外,双曲正弦平方-高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴传输时,光束参数β取值不同,光强呈现不同的分布状态。     

基于遗传算法的水下光传输优化

水下光传输作为海洋探索的关键技术,具有光束固有的高带宽、低时延、传输距离可观等优势,在水下光通信、光成像等领域起着重要作用,然而其传输特性受光束的发散以及水体的吸收和散射作用,导致严重的光束能量损失,从而大大限制器有效的传输距离和信噪比等关键传输性能。为了提高光束在水体中的传输效率,本文提出了一种基于遗传算法的光束整形模块,通过空间光调制器对波前进行编码调制,结合遗传算法的寻优能力实现最佳波前整形全息图,进而补偿水体对该光束的相位调制。基于此原理的的开展了水下20米内验证实验,实现接收端中心能量约6倍提升。     

四极孤子在自聚焦光诱导四方晶格中的动态演化北大核心CSCD

运用交替隐式光束传输法研究了异相和同相四极光束在自聚焦光诱导的四方晶格中的传输特性。给出了异相和同相四极光束在连续均匀介质、自聚焦介质和自聚焦光诱导的光子晶格中的动态演化。在均匀介质中传输时,异相四极光束发生线性衍射,峰值强度逐渐变小,光束间相互排斥,峰值间距变大;而同相四极光束先各自衍射,而后聚合为单束光,峰值幅度先减小后增加,继续向前传输,光束衍射,峰值递减。引入自聚焦光折变介质后,异相四极光束发生自聚焦现象,且相互分离现象更加明显;而同相四极光束相互吸引融合为单束光,能量几乎全部汇聚到晶格中心点。引入自聚焦光诱导光子晶格后,异相四极光束一定条件下能形成稳定传输的异相四极孤子,其对角波峰相位相同,相邻波峰相位差为π;而同相四极光束在一定的条件下能形成局域的同相四极孤子,其波峰相位均相同。     

各向异性n维耦合谐振子能量本征值的代数解法

耦合谐振子是量子光学中的重要研究问题之一,原因是许多实际物理问题的解决都依赖于耦合谐振子的模型,因此研究耦合谐振子求解的简便方法显得十分必要。本文运用数学上二次型正交化理论构造了一个形式上的变换矩阵,使既有坐标耦合又有动量耦合的各向异性n维耦合谐振子的Hamilton量对角化,求出了其本征值。并应用此方法求解了三维耦合谐振子的本征值,验证了该方法的正确性。由于该方法不需要求出变换矩阵的具体形式,使得运用此方法求解具有对称形式的Hamilton量的本征值问题变得简单、易计算出结果,该方法更具有普遍性,是一种十分有效的代数方法。     

二维谐振子与二维氢原子的能量及波函数

借助于ＳＵ(１,１)代数,找出了二维谐振子与二维氢原子的能量及波函数间的关系．     

各向异性矩形光子晶体禁带结构及量子效应

利用光波在一维各向异性矩形光子晶体中横向受限的条件,研究了光波在其中出现的模式量子效应,并利用特征矩阵法计算了TE波和TM波各模式的禁带的变化规律,得出了一些一维各向异性矩形光子晶体禁带的新结构。禁带的频率和透射角都随模式量子数的增加而增大。同一模式禁带的频率随矩形边长的增加而减小。     

具有能级稳定过程的MQHOA优化算法

在量子模型下将优化问题转化为求解约束态的基态波函数问题,通过泰勒近似采用谐振子势阱对目标函数进行逼近,类比量子谐振子的波函数图像提出了一种改进的多尺度量子谐振子优化算法。算法包括3个基本迭代收敛过程：能级稳定过程、能级降低过程和尺度降低过程,算法的收敛过程与物理模型基本吻合。改进算法将主观控制参数减少为1个,同时参照量子模型定义了算法的波函数和零点能。实验结果表明,改进算法的复杂函数优化性能优于多种常见优化算法,对于Ackley、Griewank、Sphere、Sum Squares、Zakharov等高维标准测试函数均能以100%的概率获得全局最优解。     

抛物线坐标系非傍轴矢量光束的解及聚焦特性

为了求解柱坐标系下非傍轴矢量波动方程,得到光束的电场解析表达式,基于轴对称情况下沿角向偏振的电场,将非傍轴近似情况下的矢量波动方程进行了抛物线坐标的转化,利用分离变量法进行了相应求解,并给出了相应的数值计算。结果表明,非傍轴近似情况下,矢量波动方程的解能描述一种光束的电场,该场的解析表达式与合流超几何函数以及梅杰函数的解有关;光束的光强分布与第1类零阶贝塞尔模式光束类似;光束在近光轴处的光强表现为无限大并且沿边缘方向急剧衰减;在焦平面上沿着径向方向光强急剧减小。所得结果对于探究非傍轴近似情况下矢量光束的传输特性有一定的意义。     

On wave modulation by a rotating object

When a time harmonic electromagnetic wave is incident upon a rotating object which is not rotationally symmetric about the axis of rotation, modulation in the secondary waves generally will occur. Two scattering and reflection problems where, under certain conditions, no modulation occurs, are discussed. In the first case, a transverse electric (TE) or transverse magnetic (TM) wave is incident upon an object inside a circular waveguide. The object is rotating about the axis of the waveguide and has periodic characterisitcs in the azimuthal direction with period2pi/N(N: an integer). In the second case, the waveguide is removed, and a linearly polarized plane wave is incident upon the object along its axis of rotation.     

4～5μm全固化可调谐激光实验研究

报道了采用KTP晶体和LiIO3晶体实现4~5μm可调谐激光输出的光参量振荡器(OPO)至差频产生器(DFG)的全固化结构和相应的实验结果。其中光参量振荡器的抽运源为倍频Nd∶YAG激光,差频产生器的抽运源分别是上述光参量振荡器激光和Nd∶YAG基频激光经KTP倍频晶体后剩余的1.064μm激光。实验中Nd∶YAG基频脉冲激光脉宽12 ns,单脉冲能量300 mJ。观察到最大倍频效率达到66.7%,KTP参量量子转换效率达到50%,差频量子转换效率为1.5%,在4.45μm得到了单脉冲100μJ的激光输出。差频光的调谐范围为4.1~4.5μm,发散角为垂直方向12 mrad,水平方向4 mrad。     

光相位延迟的二维测量及系统设计

本文提出了一种测量光相位延迟的新方法；四步相移法，在此原理基础上采用面阵CCD作为光强探测器，设计了一套同时测量待测样品通光面上各点的相位延迟和波片的方位角的测量系统，并较详细论述了该系统的测量原理、系统结构、软件编制及测量结果。实验结果显示该系统用于波片相位延迟测量时其误差不大于4%，测量波片方位角时其误差不大于2%。     

旋转对称性对红外超材料完美吸收器特性的影响

研究了超材料完美吸收器的旋转对称性对其吸收特性的影响.吸收器由金属颗粒/电介质/金属薄膜三层结构组成.以最上层是方形金属块为例,并通过在其y方向不同边沿处引入空气孔研究了四重、二重和非旋转对称吸收器的吸收特性.理论结果表明,当入射光偏振平行于x轴或y轴时,四重旋转对称结构有一个完全相同的吸收峰;二重旋转对称结构吸收峰会在入射光偏振平行于x轴时劈裂成两个峰;而无论入射光偏振平行于x轴或y轴,非旋转对称结构的吸收峰都会劈裂成两个峰.不同重数旋转对称性对吸收峰特性影响的结果将有助于设计新型的偏振无关的吸收器.