PA激光物理

光伏光折变晶体中的高斯光束孤波演化特性调节谭　欣　郝中华刘劲松(西安电子科技大学技术物理学院 ,西安 710 0 71) (华中科技大学激光技术国家重点实验室 ,武汉 4 30 0 74 )　　研究了负载电阻对高斯光束在加偏压的光伏光折变晶体中演化特性的影响。首先基于光折变效应动力学方程 ,推导了加负载电阻的光伏光折变昌体的光波演化方程 ,并给出稳态屏蔽光伏孤子解。然后 ,利用数值方法进行研究。已知 ,给定一块光伏光折变晶体 ,在提供合适的外电场后 ,它便能够支持一种稳定的屏蔽光伏孤子。当一高斯光束与同参数下的晶体相匹配时 ,该光束在晶…     

温度对光伏光折变晶体中高斯光束演化的影响

为了得到温度对有偏压光伏光折变晶体中高斯光束演化特性的影响结果,基于暗辐射强度对温度的依赖关系,研究了不同温度下高斯光束在光伏光折变晶体中的动态演化。将高斯光束作为入射波,采用数值方法求解波传播方程,当温度是300K时,与晶体匹配的高斯光束可演化成稳定的屏蔽光伏明孤子;当温度变化较大时,高斯光束变得不稳或者发散。在失配的条件下,通过改变晶体的温度能使一不稳定的高斯光束变成一稳定的明孤子波。结果表明,这种温度增加或减少控制下的光伏光折变晶体中高斯光束演化特性的改变有望应用于温控光器件。     

有偏压光伏光折变晶体中低振幅非相干耦合孤子对

从理论上研究了有偏压的光伏光折变晶体中低振幅屏蔽光伏孤子对的特性，给出了明一明、暗一暗屏蔽光伏孤子对的单孤子解。它们起源于对外电场的非均匀空间屏蔽和光伏效应，不同于起源于对外电场非均匀空间屏蔽孤子和起源于光伏效应的光伏孤子，具有有趣的特性。当光伏效应可忽略时，它们的非线性波动方程就转化为低振幅屏蔽孤子对的非线性波动方程，它们就转化为低振幅屏蔽孤子对；当外偏压为零时，它们的非线性波动方程就转化为低振幅闭路和开路光伏孤子对的非线性波动方程，它们就转化为低振幅闭路和开路光伏孤子对。如果载体光束具有相同的偏振和波长以及互不相干时，这些孤子对就能得到，相关的例子在光伏光折变晶体铌酸锂(LiNbO3)中给出。     

温度对基于双光束耦合耗散晶体中高斯光束演化特性的影响

为了得到温度对高斯光束在耗散晶体中的孤子波演化的影响结果,基于温度对暗辐射强度和扩散场的影响,提出了双光束耦合强度和相位耦合系数的新模型,采用数值模拟的方法研究了高斯光束在双光束耦合光折变耗散系统中不同温度下的演化特性.结果表明,晶体的温度与高斯光束的稳定件密切相关.对于给定的耗散系统,若该系统能支持某一特定的全息屏蔽明孤子,可以找到与之匹配的高斯光束.在300～350 K温度范围内,高斯光束能在晶体中传播足够远的距离;而当晶体温度变化足够大时,高斯光束强度随传播距离增加而减小,入射的高斯光束不能以稳定的全息孤子态传播.     

有偏压光伏光折变晶体中空间孤子的研究

证明了有偏压的光伏光折变晶体中存在着明、暗稳态的空间孤子-屏蔽光伏孤子．它起源于对外电场的非均匀空间屏蔽和光伏效应。同已报道的稳态光折变空间孤子相比，它具有不同的特性。当外电场为某一值时，用改变外电场的极性和旋转光的偏振方向可以实现从明屏蔽光伏孤子转换为暗屏蔽光伏孤子或从暗屏蔽光伏孤子转换为明屏蔽光伏孤子。     

外加电场双光子光伏光折变晶体中的空间孤子

证明在外加电场的双光子光伏光折变晶体中存在明、暗稳态空间孤子波,它源于双光子光折变效应。结果表明：当光伏效应可以忽略时,这种孤子类似于双光子屏蔽孤子;当没有外加电场时,它退化成闭路条件下的双光子光伏孤子。在不同条件下屏蔽孤子和光伏孤子理论都可以从这一统一理论中得到。     

匹配高斯光束在中心对称光折变晶体中的自偏转

通过数值模拟的方法,研究了有外加电场的中心对称光折变晶体中匹配高斯光束的动态演化及自偏转特性.结果表明,对于给定的与中心对称光折变晶体参量匹配的高斯光束,在晶体中能演化为稳定的孤子波;考虑扩散效应之后,匹配高斯光束的中心将发生自偏转.随着入射光强的增加,高斯光束中心的自偏转程度先增加后减小,转折处的入射光强度对应于最窄...     

基于双光束耦合的双光子全息屏蔽光伏空间孤子

证明了在双光束耦合的外加偏压的双光子光伏光折变晶体中存在一种新的全息屏蔽光伏空间孤子。在信号光远小于抽运光的条件下得出了亮（暗）孤子的解析解。数值模拟了这种孤子在稳态条件下的演化特性。结果表明：在给定的参量情况下,晶体可形成稳定的双光子明（暗）全息屏蔽光伏空间孤子。     

双光子光折变介质中屏蔽光伏空间孤子

为了得到更完善的双光子屏蔽光伏孤子理论,采用光束的空间宽度不是远小于晶体宽度的条件,对有偏压的双光子光伏光折变介质中空间光孤子理论进行了修正,得出了明孤子和暗孤子数值积分解。结果表明,双光子屏蔽光伏孤子源于对外加电场的非均匀空间屏蔽和光伏效应,不同于起源于对外电场非均匀屏蔽的屏蔽孤子和起源于光伏效应的光伏孤子。当光伏效应被忽略时,屏蔽光伏孤子退化成屏蔽孤子,空间电荷场就是屏蔽孤子的空间电荷场;当外加电场为0时,屏蔽光伏孤子退化成开路或闭路的光伏孤子,空间电荷场就是晶体中的光伏场。     

匹配高斯光束在双光子光折变介质中的自偏转

为了研究有外加电场的双光子光折变介质中匹配高斯光束的动态演化及自偏转特性,采用数值模拟的方法,给出了匹配高斯光束在晶体中的动态演化及自偏转图形。结果表明,对于给定的与双光子光折变介质参量匹配的高斯光束,在介质中能演化为稳定的孤子波;考虑扩散效应之后,匹配高斯光束的光束中心将发生自偏转;随着外加电场的增加,高斯光束的自偏转程度增加,当外加电场达到一定强度后,高斯光束的自偏转程度随着外加电场的增加反而减小;高斯光束的自偏转程度随着入射光强的变化关系与外加电场的情况相似。     

双光子光折变介质中非相干耦合屏蔽光伏孤子族

为了获得有外加电场的双光子光伏光折变介质中存在着稳态非相干耦合屏蔽光伏空间孤子族的结果,对外加电场的双光子光伏光折变介质中多束偏振方向和波长都相同的互不相干光束的耦合进行了理论研究。结果表明:双光子非相干耦合屏蔽光伏孤子族可以看成是屏蔽孤子族和光伏孤子族的统一形式。当光伏场可忽略时,屏蔽光伏孤子族就转化为屏蔽孤子族;而当外加电场不存在时,屏蔽光伏孤子族相当于开路和闭路条件下的光伏孤子族;当孤子族中只含有2个光束分量时,孤子族就变为屏蔽光伏孤子对。     

双光子独立屏蔽光伏孤子对的演化和自偏转

为了研究双光子独立屏蔽光伏孤子对的演化和自偏转,对外加电场双光子光伏光折变晶体串联回路中暗-暗和明-暗独立孤子对中的两孤子的动态演化、稳定性和自偏转进行了数值研究。结果表明,在光束的空间展宽远小于晶体宽度的极限条件下,暗孤子通过光电流能影响孤子对中另一孤子的动态演化和稳定性,但明孤子不能影响另一孤子;对于明-暗孤子对,明孤子的偏转程度随暗孤子的入射强度的增加而减小。该结果为工程实现提供了可能。     

温度对小振幅双光子光折变屏蔽孤子的影响

研究了温度变化对双光子光折变晶体中屏蔽孤子稳定性和演化特性的影响.其结果表明,当双光子光折变晶体的温度发生变化时,由于光折变效应与衍射效应抵消后导致的在光折变晶体中稳定传输的屏蔽光折变孤子光束的强度轮廓随之变化;晶体中在一定温度下形成的稳定孤子,当温度在一个较小的范围内变化时,孤子能够克服较小的微扰而保持其稳定性;而当晶体温度发生比较大的变化而超出了孤子稳定温度范围时,孤子将变得不稳定甚至瓦解;改变温度而使晶体中不稳定的孤子变成稳定孤子.     

温度对光伏光折变晶体中高斯光束自偏转的影响

基于扩散效应及暗辐射强度对温度的依赖关系,研究了温度对有偏压光伏光折变晶体中高斯光束自偏转特性的影响.将高斯光束作为入射类孤子波,采用数值方法求解含扩散项的波传播方程.结果表明,当晶体的温度在一定的范围内变化时,光束中心沿一抛物线轨迹偏转,并且光束中心偏转距离随温度的增加而增加,在一个特定温度处达到最大值,之后随温度的增加而减小.当温度发生足够大的变化时,高斯光束将不稳定甚至崩溃.通过调节晶体的温度能改变高斯光束的自偏转.     

双光子非相干耦合亮-暗混合屏蔽光伏孤子族

为了得到双光子非相干耦合亮-暗混合屏蔽光伏孤子族的结果,采用数值模拟方法,对稳态情况下多束互不相干的光束,在有外加电场的双光子光伏光折变晶体中的传播进行了研究。结果表明,具有相同偏振和相同波长的多束互不相干的入射光束,可在晶体中形成双光子非相干耦合亮-暗混合屏蔽光伏孤子族。双光子非相干耦合屏蔽光伏孤子族,可以看成是屏蔽孤子族和光伏孤子族的统一形式。当光伏场可忽略时,屏蔽光伏孤子族就转化为屏蔽孤子族,而当外加电场不存在时,屏蔽光伏孤子族相当于开路和闭路条件下的光伏孤子族。当孤子族中只含有两个光束分量时,孤子族就变为屏蔽光伏孤子对。研究结果可为空间光孤子理论的发展提供理论依据。     

温度对屏蔽光伏明孤子稳定性的影响

研究了温度对加外电压的光伏光折变晶体中屏蔽光伏明孤子稳定性的影响。在某一晶体温度下形成的稳定屏蔽光伏明孤子,当温度在一个较小范围内变化时,孤子能够克服较小的微扰而保持其稳定性。当温度发生足够大的变化而超出这一稳定温度范围时,孤子将变得不稳定。通过改变晶体的温度能使一个不稳定的孤子变得稳定。     

双光子光折变晶体中全息屏蔽空间孤子

为了得到双光子光折变晶体中全息屏蔽空间孤子的结果,基于双光束耦合耗散系统和双光子光折变效应,证明了外加偏压的双光子光折变晶体中存在一种新的全息屏蔽空间孤子。此类孤子需要满足两种平衡,一是损耗与增益之间的平衡,增益由抽运光通过两波耦合为信号光提供;二是衍射与非线性之间的平衡,非线性包括外加电场的非均匀屏蔽和两波耦合对折射率的周期性调制。在信号光远小于抽运光的条件下得出了全息亮和暗孤子的解析表达式。研究了全息屏蔽孤子的演化特性。     

o偏振光对光折变屏蔽光伏空间孤子的影响

为了得到o偏振光对光折变屏蔽光伏空间孤子影响的结果,基于单光子光折变效应理论模型,建立了有分压电阻和o偏振均匀背景光辐照的光伏光折变晶体中的屏蔽光伏空间孤子理论。结果表明,当外加电场和光伏场的取值使晶体中形成暗孤子时,仅改变o背景光与孤子光的有效glass系数之比即可在晶体中获得明孤子;孤子的强度半峰全宽随o背景光强度与暗辐射强度比值的增大而增大,随o背景光与孤子光电离截面的比值的增大而增大。这从理论上为实现光折变晶体中暗孤子到明孤子的转换提供了一种全新的思路。     

非相干耦合亮-暗屏蔽光伏孤子对的温度特性

在忽略扩散效应情况下,讨论了外加电场光伏光折变晶体中的非相干耦合亮暗屏蔽光伏孤子对的温度特性。当温度一定时,晶体中可形成稳定的非相干耦合亮暗屏蔽光伏孤子对,当温度变化时,孤子对的包络形状可变到另一稳态。通过改变温度,可以来调整孤子对的空间形状。     

加偏压光伏光折变晶体中空间灰孤子的时间特性

基于加偏压的光伏光折变介质中的时间特性的带输运模型,对屏蔽光伏空间灰孤子进行了理论研究.通过对这些时间特性的比较,结果显示能获得准稳态和稳态屏蔽光伏空间灰孤子.研究表明:当孤子的峰值强度与暗辐射的比值较大时,孤子的半峰宽度先是随时间增加递减到一个最小值,然后又开始增加到一个稳定的常数值.在相同的演化时间内,孤子的半峰全宽随着孤子灰度的增大而增大.在外加电场不存在的情况下,可以得到闭路光伏灰孤子的时间特性;当外加电场足够强可忽略光伏效应时,可得到屏蔽灰孤子的时间特性.