摻鐵鈮酸鋰晶體中單光束傳播時間行為的觀察和研究.pdf

1、窄光束由于線性衍射而在空間展寬。傳播在自聚焦介質(zhì)中的亮光束和傳播在自散焦介質(zhì)中的暗光束會自寫入能導(dǎo)向其自身的感應(yīng)波導(dǎo)或類透鏡。當(dāng)該波導(dǎo)的會聚作用嚴(yán)格平衡了光束的衍射發(fā)散時，窄光束便會以不變的尺寸和形狀在非線性介質(zhì)中傳播，這就是光束自陷，即分別稱為亮和暗空間孤子。 自2000年以來，我們首次實驗觀察到在自散焦的LiNbO3：Fe晶體中傳播的一束亮光束的穩(wěn)態(tài)自陷或穩(wěn)態(tài)部分自陷。顯然，這對傳統(tǒng)的空間光孤子的理論提出了挑戰(zhàn)。為了深入了解

2、該現(xiàn)象的物理機(jī)制，在本論文工作中對其時間行為的特征進(jìn)行了詳盡的、系統(tǒng)的實驗觀察，包括記錄了在各種幾何配置和實驗條件下(不同的光束傳播方向、入射光偏振、離焦點(diǎn)距離，兩束反向傳播的彼此非相干激光束，激光與白光入射等)，在不同輻照時間下的透射率，反射率，出射光斑形狀，讀出光強(qiáng)的空間分布，光束在介質(zhì)內(nèi)的傳播軌跡，輻照區(qū)內(nèi)相應(yīng)的折射率變化等，并將它們一一對照。在分析大量實驗事實的基礎(chǔ)上，我們總結(jié)了該現(xiàn)象的基本特征，即： 1.在輻照區(qū)內(nèi)的折

3、射率變化始終為負(fù)，即，△n＜0；2.垂直入射與傾斜入射時存在著類似的時間行為；3.e光與o光入射時存在著類似的時間行為；4.不同波長的入射激光存在著類似的時間行為，完全非相干白光也存在著類似的時間行為，但變化遠(yuǎn)不如激光明顯，穩(wěn)態(tài)時不能實現(xiàn)完全自陷；5.強(qiáng)入射光能更快地達(dá)到穩(wěn)態(tài)完全自陷，弱入射光較慢地達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但只能部分自陷；6.反向傳播的兩束互不相干的激光束會加強(qiáng)該自陷過程。7.晶體入射面位于透鏡焦點(diǎn)前、后及焦點(diǎn)處均存在類似的時間行為，

4、但前者的速度快于后者； 基于以上特征，我們提出了能初步解釋該時間行為的理論模型。在這個模型中，我們首次提出了在自散焦介質(zhì)中，當(dāng)輻照光強(qiáng)I遠(yuǎn)大于暗輻照Id時，通過光折變飽和效應(yīng)在由亮光束自寫入的低折射率區(qū)域內(nèi)，在穩(wěn)態(tài)時可以形成自導(dǎo)向亮光束的均勻光通道。在輻照初期在輸出端附近形成扇形效應(yīng)的噪音柵在輻照后期對高頻光起到了Bragg衍射光柵的作用，從而將高頻光自衍射到光通道中，限制了光束的衍射發(fā)散并不斷加強(qiáng)了零頻光與低頻光。在光輻照區(qū)域

5、中的低折射率但曲率平緩區(qū)與光輻照邊緣區(qū)的高折射率梯度區(qū)共同構(gòu)成了一個相位型的空間濾波器，這使低頻光能順利通過曲率平緩的“針孔區(qū)”，而使高頻光被高折射率梯度區(qū)偏折，然后通過噪音柵的Bragg衍射返回到入射光束中，從而限制了光束的衍射，使零頻光與低頻光不斷增強(qiáng)。而對于白光，由于不存在噪音柵，高頻光只能被高折射率梯度區(qū)偏折，而不能返回到入射光中，因而不能實現(xiàn)完全自陷。 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)： 1.首次觀察到在LiNbO3：Fe晶體中