激光场作用下原子系统中光学烧孔和慢光效应

在四能级N模型原子系统中,当一束饱和光和一束探测光同向传播并且两束耦合光反向传播时,由于饱和光与探测光不能处于相消多普勒状态,可以同时在吸收光谱中观测到五个下凹,均为相干光学烧孔。通过缀饰态理论,计算了烧孔的位置,发现中间深而窄的烧孔是由两个相干光学烧孔叠加而成。通过参考系数的合理调节以及改变饱和光的拉比频率,可以改变烧孔形成的深度;通过改变耦合光的拉比频率,可以改变烧孔形成的位置。最后通过数值模拟得出饱和光的拉比频率在相干光学烧孔中实现光速减慢起到重要作用。这些结论对未来的光量子存储、光量子信息都有着重要的应用价值。     

多色相干光学烧孔的动态生成与调控

针对四能级N型原子系统,研究了与原子跃迁相关的量子相干烧孔现象。通过密度算符运动方程、拉氏变换法以及量子回归理论,求得了探测场的吸收谱。采用两束耦合光和一束饱和光同时作用,随后分别研究了在两束耦合光同时与探测光同向传播,饱和光与探测光反向传播,以及耦合光、饱和光、探测光均沿着同一方向传播的两种典型的传播机制和不同参数的调节下相干光学烧孔的形成特点,最后通过缀饰态理论计算并分析了结果的正确性。最多观测到六个相干光学烧孔。耦合光的拉比频率的大小影响着相干光学烧孔的形成位置,而饱和光拉比频率的大小将决定着形成相干光学烧孔的深度。该结果完善了相干光学烧孔的理论研究,对于以后应用到光学量子存储有理论指导意义。     

分析渐变折射率光波导的光束传播方法

光束传播方法直接研究渐变折射率光波导中光束的构成和传播行径。基于光的波动和粒子双重性考虑,并从经典力学、量子力学和几何光学、波动光学之间的公式类似得出光波导系统的哈密顿量,求哈密顿算子本征方程的算子解,其本征向量作为稳态波函数描述了光波导中的模,本征值作为相干态确定了光束中心的偏轴位移和方向余弦。这种方法消除了几何光学分析对光线清晰度的要求,同时也避免了仅从波动光学出发对各模的繁杂分析,而以简明直观的结果清晰地描写出渐变折射率光波导中高斯光束的传播行径。     

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。     

渐变折射率条形波导泵浦耦合效率研究

为研究条形波导激光器泵浦光的耦合效率,建立了耦合效率和泵浦实验间的直观联系。通过几何光学法追迹泵浦光线在波导中的传播,系统地分析了泵浦光束与波导相对位置变化对泵浦耦合效率的影响,进而确定最佳耦合条件。最后,通过实验验证了计算与分析的正确性。     

光学纤维激光器

什么是光学纤维,它们是怎样产生激光的？光学纤维是一种玻璃纤维,光沿着它的壁作多次内反射而传播。在纤维激光器发展之前,光学纤维的最重要的用途是纤维镜。     

高速光探测器模块中的耦合理论和模拟

高速光器件的封装工艺中,光耦合占据重要的地位.文中针对一种高速光探测器中常用的光耦合方式——倾斜端面光纤到倒装芯片的耦合,提出了光纤耦合的柱透镜光学模型,并通过理论和光学软件模拟了各种封装工艺条件对耦合效率的影响.模拟结果显示,耦合效率的大小由光纤位置、芯片透镜尺寸和激光光源光斑形状共同决定.     

高速光探测器模块中的耦合理论和模拟

高速光器件的封装工艺中,光耦合占据重要的地位.文中针对一种高速光探测器中常用的光耦合方式——倾斜端面光纤到倒装芯片的耦合,提出了光纤耦合的柱透镜光学模型,并通过理论和光学软件模拟了各种封装工艺条件对耦合效率的影响.模拟结果显示,耦合效率的大小由光纤位置、芯片透镜尺寸和激光光源光斑形状共同决定.     

多模阶跃型光纤的传输函数(几何光学研究)

利用几何光学来解释模式耦合和漏泄,已推算了多模阶跃型光纤的传输函数。光沅可采用轴对称型的(LED)或线形的(半导体激光器)。用线光沅可允许纤维轴有径向位移。对耦合2KM 长度的六数值孔径纤维(NA=0.475)来说,计算结果表明:线光沅的径向位移和漏泄光对长度短于200M 的纤维是有影响的。纤维长度直     

若干弱光非线性光学效应及其应用

简要介绍了弱光非线性光学领域中一些研究方向的进展,如弱光非线性光子学材料中的缺陷结构、介观量子相干系统中光传播动力学和慢光非线性光学等,着重描述了近期在新型激子与紫外弱光非线性光学效应、位相耦合与光速调控以及非相干空间孤子阵列诱导光学晶格与光非线性传输行为等研究中得到的研究结果。弱光非线性光学将成为非线性光学应用领域中的一个重要分支。     

An adaptive algorithm for strongly chirped pulses propagating in optical fibers

Chirp, especially strong chirp, can be used to control the pulses in optical fibers, but it makes numerical simulation difficult by using the time-domain beam propagation method (TD-BPM) because of more sampling data requirements. In this paper, we present a modified beam propagation method (M-BPM) to efficiently simulate the propagation of strongly chirped pulses along an optical fiber. The validity of the M-BPM is demonstrated both theoretically and numerically. Numerical simulations show that the number of samples in time necessary to simulate the chirped pulse propagation by the TD-BPM varies linearly with the initial chirp parameter, but that of the M-BPM is the same one would need to simulate the propagation of the envelope without the initial chirp. In addition, the closer the propagation distance is to the temporal focal length, the more efficient the M-BPM comparing with the TD-BPM is.     

用薄膜光学理论研究布拉格光纤的传输特性

用薄膜光学的等效导纳方法和阶跃光纤的几何光学理论研究布拉格光纤的传输特性.①设计出了反射率达99.99%包层的厚度、层数;②分析了传输效果随波长、层数、入射角的变化;③得出光束的数值孔径小于0.15时,反射率大干99.99%.这一研究对布拉格光子晶体光纤的实际加工及与阶跃光纤耦合具有重要理论意义.     

LP01 to LP11 mode convertor based on side-polished small-core single-mode fiber

An all-fiber LP01-LP11 mode convertor based on side-polished small-core single-mode fibers (SMFs) is numerically demonstrated. The linearly polarized incident beam in one arm experiences π shift through a fiber half waveplate, and the side-polished parts merge into an equivalent twin-core fiber (TCF) which spatially shapes the incident LP01 modes to the LP11 mode supported by the step-index few-mode fiber (FMF). Optimum conditions for the highest conversion efficiency are investigated using the beam propagation method (BPM) with an approximate efficiency as high as 96.7%. The proposed scheme can operate within a wide wavelength range from 1.3 μm to1.7 μm with overall conversion efficiency greater than 95%. The effective mode area and coupling loss are also characterized in detail by finite element method (FEM).     

利用液芯光纤产生空心光束

提出了激光以一定角度入射液芯光纤(LCOF)产生空心光束(HLB)的方法。利用Zemax软件对产生系统建模,理论分析了HLB的暗斑尺寸DSS和光束宽度随传播距离、LCOF的长度与芯径的变化规律,并以CS2作为芯液材料,用630 nm半导体激光器对部分理论结果进行了实验验证。研究表明,通过改变激光入射角度可获得DSS可调的HLB,其DSS和光束宽度几乎不受LCOF长度的影响,但与芯径大小有关。该方法操作简便、成本低、DSS调整范围大,可满足不同应用领域的需求。     

MMI型GaAs 1×N和N×N集成光学开关的研制

设计了一种能直接与单模光纤阵列相耦合的多模干涉 (MMI)型光开关。给出了MMI型光开关各组成部分的工作原理 ,并用导模传输分析法 ,模拟了 1× 4MMI型光开关的四种不同的开关状态 ,在此基础上完成了 1× 4和 4× 4MMI型光开关的设计。最后根据所确定的器件结构参数 ,用有限差分光束传输法分析了器件结构参数对器件性能的影响。     

宽带调谐光子晶体光纤多功能太赫兹器件

基于液晶分子的指向矢随外加电场改变而变化的特点,设计了一种新型电场调制液晶太赫兹器件。利用全矢量平面波展开法和光束传播法分别研究了光子晶体光纤的带隙位置和传输光谱的电场分布。同时,利用时域有限差分法计算了液晶分子指向矢随外电场的变化关系。结果显示该器件不仅可以在0.55 THz的宽带范围内实现开关功能,且具有耦合损耗低、消光比高等优点,消光比为30.78 dB。当太赫兹波的入射频率满足光纤的单偏振条件时,该器件还具有偏振控制功能,能够改变传输模式的偏振状态。     

低弯曲损耗少模光纤传输特性研究

提出一种采用少模阶跃光纤与单模光纤连接的方法,实现低弯曲损耗传输的新型光纤通信系统。采用有限元法研究了在模场直径相同的情况下少模光纤纤芯半径与折射率差的关系,以及不同参数下光纤的弯曲损耗;采用光束传播法计算了少模光纤的各种模式与普通单模光纤的基模的连接损耗。证明了采用少模光纤可以利用模式间的正交性实现有效的单模传输,并具有低的弯曲损耗和连接损耗。     

Reflection-type delayed self-homodyne/heterodyne method for opticallinewidth measurements

The reflection-type delayed self-homodyne (RDSH) method presently described is based on the same principle as the delayed self-homodyne/heterodyne (DSH) method but no beam splitter or fiber coupler is required. The delayed beam is produced by utilizing a round-trip propagation passing through a solitary long optical fiber delay line. Therefore, the optical configuration is very simple, and the beat signal has a resolution twice that of the DSH method. However, the RDSH method's drawback is that a large intensity difference between the two beams reduces the level of the beat signal. This can be improved by increasing the reflectivities of the fiber ends by dielectric coating. In this case, multiple reflection at the fiber ends should be taken into account     

基于声光效应的相干光探测方法的研究

基于布拉格衍射和相干光探测原理,分析了入射光和衍射光的特性及数学关系,讨论了如何利用声光偏转器实现信号处理的方法.从改善空间相干光探测效率出发,提出一种将空间光经声光衍射后注入保偏光纤的处理方法,克服了传统相干探测中光偏振态难控制的缺点,减小了外界环境对信号光和参考光合路的影响,降低了光学系统的调整环节中的难度,有效地解决了相干光探测中光束对准和偏振光的保持问题.实验证明,在保证一定的耦合光孔径和激光注入效率条件下,将空间光注入保偏光纤,削弱了背景光对合路产生的影响,使信号光和参考光偏振态和传输方向能更好保持,极大改善了空间相干光探测效率,提高了光电探测信噪比.     

中心开孔型四象限探测器光纤定位闭环控制方法

光纤定位技术是多目标光纤光谱望远镜中的关键技术,光纤定位精度是影响望远镜观测效率的重要因素,随着光谱巡天项目的开展,光纤定位单元的小型化、高密度化、集成化和高精度定位要求成为普遍趋势,这对光纤定位系统提出了更高技术要求和挑战。光纤定位技术也期望实现高精度的实时监测和反馈系统,形成有效的闭环控制。基于此提出了一种中心开孔型四象限探测器光纤定位技术,并利用二维高斯模型对中心开孔型四象限探测器定位算法进行了设计,该算法对单元光斑束腰单次标定,可实现高精度的多次实时光斑位置确定和光纤位置调整。利用光纤光谱仪望远镜原理搭建了模拟实验对此装置和算法的性能进行了模拟,应用此闭环控制方法,在四象限探测器零点偏置直径为4 mm、光纤截面积达到1 000 μm2情况下,绝对定位误差可以控制在6 μm之内,相对误差可控制在0.15%范围内,可以有效提高望远镜星象和光纤的耦合效率。