文档介绍：复旦大学
博士学位论文
光学倍频过程中感应衍射及色散的研究
姓名:苏文华
申请学位级别:博士
专业:光学
指导教师:李富铭
20060415
要摘光波的倍频产生是一种典型的非线性光学过程,它源自介质对光场的二阶非线性响应或极化。以往,人们大都仅关注高效倍频的方式和技术,以获得高功率相应地发展了诸如腔内倍频、外腔共振及准位相匹配等多种技术。近年来,随着对级联非线性幌嗍涮跫拢龆追窍咝缘募读9炭傻刃R桓鋈非线性娜鲜渡钊耄镀倒痰难芯炕竦昧诵碌闹厥樱路⑾至硕嘀种匾5姆线性光学现象如偷绱挪ā⒖泶缎喂夥⑸浼案呶庋Ч伦拥龋鸾バ纬闪艘个新的研究方向。级联非线性同时也激发了多种新的技术应用,如高能量飞秒脉冲压缩及正常色散状态的克尔透镜锁模技术,对二阶非线性光学的应用和发展起在这些新的非线性现象和技术开发中,位相失配是共同的前提条件,它极大程。从光束传输的角度看,位相失配的倍频过程涉及到光波的非线性传输,也涉及到衍射和色散等线性传输行为。本论文着重关心和研究光波的线性传输行为和非线性传输行为之间的相互影响,试图回答非线性过程中光波的衍射和色散的变化规律。这些问题不仅是新的,也没有答案,而且对探索和理解新的二阶非线性幌嗍浔镀倒讨懈杏ι⒌睦砺垩芯飞秒脉冲在介质中色散展宽是典型的线性传输特征,其基本的物理过程是群速度色散。群速度色散来源于介质材料的本征色散,介质的结构或边界条件也可均是线性的,对超快激光的发展起到了不可替代的作用。非线性过程对色散的影响的研究工作较少,仅在畴反转的结构性光学晶体研究了群速度色散的产生机制,它本质上也来源于材料的特殊结构。通过理论上的解析分析与数值模拟计算,我们研究了体材料介质中的感应色散新机制。在位相失配较大时,基波光的色散将被传递给倍频光波,因此倍频光波遭受到的等效色散来自于材料本身以及基波的群速度色散两部分,满足简单的代数相加的关系。论文同时也研究了这种新的感应色散的产生条件,并且讨论分析了其物理图像,可以用一阶极化率杏ι⑾窒蟮氖笛檠橹ぜ坝τ檬道为确信这种感应色散机制的存在,并且证实所起作用是不可忽略的,我们开的短波长激光,满足应用的需求。在参量过程三波相互作用位相匹配的基础上,到了推动作用。程度地丰富了非线性倍频过程。因此,有必要系统深入地研究位相失配的倍频过光学现象是至关重要的。本文的主要研究工作包括以下几个方面:以导致群速度色散如光纤的模式色散和光栅等衍射引起的角色散,这些色散机制与二阶极化率的级联过程来解释【:Ⅳ,:啊等俊
展了实验验证的工作。选择波长为研究对象,基波光的材料色散较倍频光的材料色散高一个量级以上,材料本身的倍频光色散可以被忽略。利用此设计思路开展的实验工作中,观察到了倍频光脉冲显著的啁啾展宽,其相应的色散量是基波色散一半。因此清楚地验证了感应色我们研究了所有的光学非线性晶体,在其透明波段内均不可能满足此基本要求。感应色散机制可以解决上述困境,倍频光频率处材料本身的色散可以为正值,只要远小于基波光反常色散的量值,我们就可以创造等效倍频色散为负值的实验环境。进一步的数值模拟计算,充分证明了该方案的可行性,它已被国外研究小组应用来实验产生了高维时空光孤子。光波的色散和衍射在数学形式上对易,在物理图像上可类比。因此,我们可以简单地猜测位相失配的倍频过程中也存在感应衍射的机制。通过解析讨论和数值计算,我们证实了感应衍射效应确实存在于位相失配的倍频过程中。尽管衍射和色散在性质上可类比,但在量值上是有所不同的。取决于介质材料,倍频和基波光的色散量值关系是相对任意的,而倍频光和基波光的衍射关系是确定的,倍频光的衍射程度基本上是基波光的一半。结合感应衍射的作用,倍频光的等效衍射将显著强于基波光,出现了一个新奇的现象,倍频光斑的大小将大于基波光斑。上述这些感应衍射的现象和规律均在数值计算中得到证明。苌浜蜕⑾喙氐姆窍咝怨庋窒笱芯时空不稳定性是非线性光学系统的基本特征,由此产生的多色锥形光发射瞧湟桓鲋饕=峁N颐窃谑笛樯瞎鄄旌脱芯苛擞墒笨詹晃榷ㄐ缘贾碌淖形光发射,它和传统的光参量产生谕庑紊霞O嗨疲谌舾梢延械难芯工作中引发了混淆。利用二块非线性晶体,并设计了长短脉冲及窄带光束泵浦的实验环境,我们可以同时或分别在实验上产生锥形光发射和光参量产生,从而清楚地诊断和鉴别了这两种不同的非线性过程。据此,我们详细研究和讨论了衍射关键词:群速度色散,衍射,飞秒脉冲,级联非线性,光孤子,倍频中图分类号:.獠瘟科骷篢激光物理和基本理论;.的飞秒激光在逯械谋镀底魑散机制。作为一个重要的应用实例,我们讨论分析了感应色散机制对时空光孤子产生的贡献。高维时空光孤子的产生要求基波和倍频光色散均为负值的实验环境,幌嗍浔镀倒讨懈杏ρ苌涞睦砺垩芯和色散的作用,帮助理解了新的锥形光发射形成的动力学过程。学自聚焦学位论文
曲瑀