光折变材料中短及超短脉冲光光栅的形成和衍射

摘要

1965年Ashkin等人发现了光折变效应，迄今40年来它一直是人们研究的热点课题。对连续光光折变效应物理机制的研究已推动了光折变材料在众多领域的应用，例如在光信息处理和光通信领域，利用光折变效应已经制成各种用途的非线性光学器件，如体全息实时存储器，光像放大器、振荡器和自泵浦相位共轭器等等。近年来，随着短及超短脉冲激光技术的发展和实际应用，脉冲光与光折变材料的相互作用引起人们的研究兴趣。脉冲光因其持续时间短，频谱宽和峰值功率高等特点，与材料的相互作用机制与连续光有很大的不同。在本论文中，作者研究了短及超短脉冲光的光折变光栅形成和衍射问题，主要研究内容包括以下三个方面： 1.基于G.C.Valley的准连续光模型，研究了具有光伏效应的光折变LiNbO3材料中短脉冲(ns量级)光栅的形成。推导了空间电荷场的表达式，发现它有两个时间常数。在考虑和不考虑光伏效应时，这两个时间常数随着入射光强的(sτR)的变化是相同的。擦除光栅至初始值的1/e所需的能量也是相同的。结果表明光伏效应在短脉冲光栅的写入和擦除中作用很小。 2.研究了超短脉冲光(fs量级)通过稳态光折变体光栅的衍射光频谱分布及衍射效率。结果发现，衍射脉冲光的频谱分布及衍射效率与读出脉冲光的脉宽△τ、光折变体光栅的周期Λ和晶体厚度d有密切关系。控制光折变光栅的写入光波长及两写入光束的夹角，可以得到不同布拉格条件的光折变体光栅；再通过选择适当的读出脉冲宽度及光栅厚度，就可以得到不同衍射强度及包含不同频谱成分的衍射光。 3.研究了超短脉冲光(fs量级)通过稳态光折变体光栅后其衍射脉冲及透射脉冲随时间变化的性质。研究发现当飞秒激光脉冲通过光折变体光栅衍射后，衍射脉冲与透射脉冲的强度随时间的变化是与入射脉冲宽度△τ、光栅周期Λ、光栅厚度d以及光折变材料的折射率调制度Δn0有密切的关系。通过适当选择这些参数的数值，有可能获得需要的脉冲形状。在研究中还发现，相对于入射激光脉冲，衍射及透射脉冲在时间轴上有一定的偏移，偏移量的值取决于所取参数值的大小。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权声明

第一章绪论

第二章光折变非线性光学效应

2.1光折变效应背景知识

2.1.1概述

2.1.2光折变效应的物理机制

2.1.3带输运模型

2.2连续光作用下材料的光折变效应

2.2.1光折变空间电荷场及稳态相位栅的建立

2.2.2均匀光辐照和光清洗

2.3短及超短激光脉冲作用下材料的光折变效应

2.3.1准连续光辐照近似模型

2.3.2瞬时光辐照近似模型

第三章短脉冲光在光伏光折变LiNbO3晶体中写入和读出光折变光栅研究

3.1理论计算

3.2数值计算

3.3结论

第四章飞秒脉冲光通过光折变体光栅的衍射频谱及衍射效率研究

4.1衍射光的频谱分布及衍射效率

4.2数值计算与讨论

4.2.1衍射光强的频谱分布

4.2.2衍射效率

4.3结论

第五章飞秒脉冲光通过光折变体光栅的衍射光强及透射光强的瞬时变化研究

5.1理论计算

5.2衍射场的瞬时变化性质

5.3透射场的瞬时变化性质

5.4结论

第六章结论与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致谢