艾里-高斯光束在光折变介质中的孤子脱落

以非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶方法研究了光折变介质中艾里-高斯光束的传输特性。结果表明:满足一定条件时,光折变介质中会形成周期振荡的空间孤子;介质的非线性系数越大,形成空间孤子所需的传输距离越短,孤子的振荡周期越小;当艾里-高斯光束的初始入射功率在一定范围内时,光折变介质中才会形成稳定的空间孤子;在空间孤子形成时,由于局部能量竞争,会出现光束分裂成丝现象。此外,还研究了微噪声扰动对艾里-高斯光束在光折变介质中传输稳定性的影响。     

强非局域介质中的厄米-椭圆高斯空间光孤子

研究了傍轴厄米-椭圆高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性.依据强非局域介质响应函数特征宽度远大于光束束宽,对非局域非线性薛定谔方程进行了近似简化,得到了介质响应函数为椭圆对称情形下的强非局域模型.在此基础上利用分离变量法得到了厄米-椭圆高斯空间光孤子解析解及其形成的条件.进一步研究发现,随着厄米-椭圆高斯空间光孤子阶数的增大,光束束宽增大,介质的非局域程度相对减弱;要获得高阶椭圆高斯空间光孤子,必须提高非局域介质的非局域程度.最低阶的厄米-椭圆高斯空间光孤子就是椭圆高斯空间光孤子.     

非局域椭圆厄米—高斯空间光孤子与相移

研究了椭圆厄米-高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性。依据强非局域介质响应函数特征宽度远大于光束束宽的原理,对介质响应函数做两次泰勒级数展开,都近似取到二阶,得到了非局域非线性薛定谔方程对应的近似的拉格朗日密度函数。在此基础上,运用变分法得到了椭圆厄米-高斯光束各参量的演化方程、演化规律和两个临界功率。当光束、响应函数的椭圆率满足一定条件时,两个临界功率可以相等。当初始功率等于这一临界功率,光束从光腰处入射时,可得到椭圆厄米-高斯空间光孤子。进一步分析发现椭圆厄米-高斯空间光孤子的相移与介质椭圆率和孤子阶数有密切关系,当介质椭圆率和孤子阶数取不同值时,可产生大的正相移、零相移,甚至负相移。     

厄米余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,对梯度折射率介质中的厄米余弦高斯光束传输特性进行了研究,得出了在梯度折射率介质中厄米余弦高斯光束的光场表达式,并利用此表达式作数值模拟,研究了梯度折射率介质对厄米余弦高斯光束传输特性的影响。结果表明:光强在轴上分布呈现空间周期性变化,最大光强位置与梯度折射率系数β有关;随着调制参数α的增大,轴上最大光强逐渐减小而且出现了空心分布。在同一传输面上横向光强随梯度折射率系数β增加,先增大后快速减小;并且发现调制参数α变大,光强不变,但是束腰宽变窄。     

非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性

为了研究非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性,运用Wigner分布函数法,从空间域和频率域对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性进行了理论分析,得出了该光束1阶情况下在空间、频率域系统的解析传输公式及光强分布表达式,分析了这些表达式中3个主要参量f,fσ和g对厄米-余弦-高斯光束在自由空间传输的影响。结果表明,在调制参量g不变时,束腰参量f和相干参量fσ对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束的非傍轴性起了至关重要的作用;非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束在传输过程中随着g的改变,不能保持其光强分布形状,有前移趋势。     

非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性

为了研究非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性,运用Wigner分布函数法,从空间域和频率域对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性进行了理论分析,得出了该光束1阶情况下在空间、频率域系统的解析传输公式及光强分布表达式,分析了这些表达式中3个主要参量f,fσ和g对厄米-余弦-高斯光束在自由空间传输的影响。结果表明,在调制参量g不变时,束腰参量f和相干参量fσ对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束的非傍轴性起了至关重要的作用;非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束在传输过程中随着g的改变,不能保持其光强分布形状,有前移趋势。     

高阶椭圆高斯光束及其传输特性

采用张量方法定义了高阶椭圆高斯光束。偶数阶椭圆高斯光束可展开成厄密-高斯光束的相干叠加形式；奇数阶椭圆高斯光束可展开成厄密-高斯光束的非相干叠加形式。通过矢量积分导出了高阶椭圆光束经过非轴对称光学系统的传输公式。这个公式在零阶情况下可退化为椭圆高斯光束的传输公式。在一维情况下可退化为厄米-高斯光束经过轴对称光学系统的传输公式，进而计算了高阶椭圆光束在自由空间中的传输特性。结果表明，高阶椭圆光束的传输性不同于厄密-高斯光束和拉盖尔-高斯光束，其光强分布在传输过程中会发生旋转。     

指数响应的强非局域介质中正交偏振双厄米高斯光束传输特性

运用变分法研究了具有e指数响应的强非局域介质中两束正交偏振、中心重合的厄米高斯光束的传输特性,得到了光束各参量的演化方程和一个临界功率Pc。当两光束以临界功率入射时,可以形成厄米高斯型空间光孤子;当两光束以总功率2Pc入射,但两光束入射功率不相等时,两光束可以形成厄米高斯型呼吸子。通过数值模拟研究发现,低阶光束时,可以得到近似孤子解;当光束阶数大于3阶时,则得不到孤子解。比较变分解与数值解,结果表明在光束阶数小于3阶时,变分解较好的反映了具有e指数响应的强非局域介质中两束正交偏振、中心重合的厄米高斯光束的传输特性。     

厄米-高斯光束通过失调光学系统的变换和偏心厄米-高斯光束

使用广义惠更斯 菲涅耳衍射积分 ,增广矩阵和Wigner分布函数方法 ,研究了厄米 高斯光束通过失调一阶ABCD光学系统的传输特性。证明了在失调光学系统的作用下 ,厄米 高斯光束不保持封闭性。失调一阶ABCD光学系统的作用使出射光束变为更一般的具有偏心性质的厄米 高斯光束 ,称其为偏心厄米 高斯光束 ,通常的偏心高斯光束可看作本文研究的偏心厄米 高斯光束的特殊情况     

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。     

厄米-高斯波束对各向异性圆柱的散射特性研究

为了研究厄米-高斯波束在各向异性媒质中的散射特性，采用了将各向异性圆柱的散射场和内部场用圆柱矢量波函数展开，应用电磁场边界条件和投影法，提出了一种分析单轴各向异性圆柱对厄米-高斯波束散射特性研究的精确半解析方法; 获得了厄米-高斯波束通过单轴各向异性圆柱的内场以及近场的归一化强度分布图; 对两种不同的厄米高斯波束入射情形做出了分析和对比。结果表明，两种波束在通过圆柱后都有入射波和反射波叠加而成的驻波现象，而TEM₁₀(x′)模式厄米-高斯波束入射后近场强度增强，且有明显的折射现象。该研究结果对厄米-高斯波束的应用具有一定的参考价值。     

双光子中心对称光折变宽光束调制不稳定性

为了得到稳态条件下1维宽光束在有偏压双光子中心对称光折变晶体中的调制不稳定性的结果,通过空间电荷场的局域性处理和数值模拟的方法,获得了1维调制不稳定性的增长率。结果表明,在入射光束强度一定的情况下,调制不稳定性增长率最大值随外加电场以及空间频率域的增加而增大;在外加电场给定时,调制不稳定性增长率的最大值随入射光强的增大先达到一峰值后又减小。宽光束的调制不稳定性取决于外加电场及入射光束强度与暗辐射的比值。     

偏振光下向列相液晶(5CB∶C_(60))取向光折变特性的研究

通过实验研究了外加电场对C60掺杂的向列相液晶(5CB)的取向光折变特性及水平和竖直偏振光对样品二波耦合和自相位调制现象的影响。通过测量样品的增益系数和光束耦合率可以看出,在水平偏振光照射下两束透射光有较强的能量转移而在垂直偏振光照射时几乎观察不到明显的能量耦合现象。可见,液晶盒中的分子取向与光束的偏振方向有很强的依赖关系。     

基于厄米-高斯函数法研究1维光子晶体波导

为了对折射率型1维光子晶体缺陷波导中的光传输进行有效数值模拟,采用此类型波导的厄米-高斯函数展开方法进行了研究。首先给出了计算方法的详细理论推导,然后利用该方法计算了偏振态不同、结构参量不同的情况下波导本征模式的色散关系、模场空间分布、能量控制因子及等效折射率。结果表明,1维光子晶体缺陷波导与阶跃平面光波导主要差别在于高阶模式,且可通过调节1维光子晶体的结构参量来有效调控高阶模式的传输。     

双光子亮屏蔽光伏空间孤子的自偏转特性

基于外加电场的双光子光伏光折变介质，数值研究了光折变介质中亮屏蔽光伏孤子的自偏转特性。结果表明：考虑扩散效应后，双光子亮屏蔽光伏孤子的中心沿一个抛物线轨迹在晶体光轴的反向上产生自偏转；孤子中心偏转距离首先随着外加电场的增加而增加，当外加电场增加到某一特定值后，孤子的自偏转距离随着外加电场的继续增加反而减小。亮孤子自偏转距离随着入射光强的增加也表现出先增加后减小的非线性变化规律。     

双光子光折变晶体中宽光束的调制不稳定性

为了得到稳态情况下一维宽光束在有偏压双光子光伏光折变晶体中的调制不稳定性的结果,通过空间电荷场的非局域性处理得到得了一维调制不稳定性的增长率.采用数值分析的方法对一维调制不稳定性的增长率的特性进行了理论分析.结果表明:在入射光束强度一定的情况下,外加电场为正值时,调制不稳定性增长率随电场的增加而增大,当外加电场为负值时...     

Diffraction of Lorentz-Gauss beam in uniaxial crystals:orthogonal to optical axis

Based on the diffraction theory of beams in uniaxial crystals, diffraction properties of a Lorentz-Gauss beam in uniaxial crystals orthogonal to the optical axis are derived in analytical forms. Diffraction fields, intensity distributions and effects of beam parameters are investigated by numerical examples, respectively. Results show that, upon propagation, initial field components and intensity distributions of Lorentz-Gauss beams would deteriorate due to effects of anisotropic media. When the Lorentz-Gauss beam diffracts into the far field, its intensity distribution would convert into a four-petal profile. Beam parameters wx and wy are shown to have a strong influence on intensity distributions. By selecting different values of them, profiles of Lorentz-Gauss beams would be different upon propagation.     

Broadband mid-infrared generation with two-dimensionalquasi-phase-matched structures

We report the use of highly elliptical pump beams to generate broadband, spatially-chirped mid-infrared light in periodically poled lithium niobate (PPLN). We fabricated PPLN crystals with a fan-out grating period varying continuously from 25.5 to 31.2 μm across a 15-mm width and pumped them in both optical parametric generator and monolithic optical parametric oscillator configurations with a Q-switched Nd:YAG laser. Although the fan-out grating pattern is typically thought of as a continuously varying 1-D quasiphase-matched (QPM) structure, the elliptical pump beam illuminates the full 2-D structure of the fan. The phase-matching and gain characteristics of the crystals prefer noncollinear optical parametric generator operation for elliptical pump beams; however, collinear operation was achieved with polished plane- parallel crystal endfaces such that the Fresnel reflections set up a low- finesse monolithic cavity in the crystals themselves. The generated signal and idler beams were spatially chirped in the near field and angularly chirped in the far field while covering spectral bands as large as 1250 cm^-1. With a simple modification, this system also offers an easy way to generate broadband optical frequency combs across the signal and idler spectral bands. We also present theoretical and modeling considerations for large-aperture pumped or flood illuminated 2-D QPM structures. The Fourier transform of the spatial variation in the nonlinear coefficient in a crystal generates a 2-D map of available grating vectors in wave vector mismatch space. This method can be used to glean phase-matching information from complicated 2-D structures that would be difficult to analyze using other methods