光学微腔中倍频光场演化和光谱特性

在考虑光学微腔中二阶和三阶非线性效应的情况下,引入了可同时描述腔内基频和倍频光场的演化过程的Lugiato-Lefeve方程,分析了SiN微腔中二次谐波的产生,并讨论了各参数对腔内基频和倍频光场的影响.理论分析结果表明,失谐参量为0时,稳定后的基频光场为平顶脉冲的形式,而倍频光场呈正弦分布;失谐参量增加,将导致腔内基频和倍频光功率在演化过程中出现振荡,且最终稳定的光功率变弱,稳定后的光场分布为周期性变化;失谐参量的值过大,会使得微腔光场处于混沌状态.抽运光强较弱时,腔内可形成稳定的光场分布;抽运光强较强时,会导致腔内色散以及非线性效应过强,最终稳定的光场仍然呈周期性变化,且抽运光功率越强,光功率的演化曲线振荡越强.此外,选取特定的微腔尺寸,微腔可工作于"图灵环"状态.理论分析结果对研究光学微腔中二次谐波的产生有重要意义.     

正色散光学微腔中光场演化过程研究

以微腔内光场演化的理论模型Lugiato-Lefeve方程为基础,分别讨论了连续光(CW)抽运和连续光与脉冲光混合抽运两种情况下,正色散微腔中光场的演化过程,以及各参数对光场分布的影响。理论分析结果表明,在CW抽运的情况下,微腔中有稳定的暗孤子存在,并且随着色散系数的增加,暗孤子的脉宽会增加,而失谐参量的增加会使暗孤子的形状发生变化。采用混合抽运可以在腔内形成脉冲形式的光场分布,弥补了单一CW抽运时在特定参数的正色散腔内难以产生亮孤子脉冲的不足。抽运脉冲的振幅过高,会导致腔内的脉冲发生分裂,微腔失谐参量的增加会导致脉冲展宽以及脉冲能量降低。理论分析结果对实现高质量的Kerr光频梳具有重要意义,能够帮助选择合适的微腔及抽运参数。     

纯消相干对量子点-微腔激射性质的影响

应用量子主方程理论研究量子点-微腔耦合系统的激射性质.分别探索了不同类型的微腔耦合系统("好的系统"、"中等系统")在外加泵浦场的作用下表现出的激射现象.分析比较了失谐大小及环境纯消相干对这两种微腔耦合系统的内部特性(光场分布、腔内光子数等)产生的影响.数值仿真表明:对于"好的系统",在失谐量不大的情况下,引入适当的纯消相干有利于提高耦合系统的激射性能;对于"中等系统",由于失谐条件下光子在腔内集聚困难,因而很难达到激射,但是通过引入适量的纯消相干可以对腔内光场分布和光子数产生剧烈调制作用.该结果对于研究单量子点激光器,以及探索光与物质相互作用等方面具有指导作用.     

压缩相干态光场与Λ型三能级原子相互作用的纠缠特性

利用量子熵理论,研究了压缩相干态光场与Λ型三能级原子的量子纠缠随时间的演化特性.结果表明：光场与原子纠缠度依赖于初态原子能级叠加系数、光场压缩参量、相干态振幅参量及失谐量与耦合系数之比.当光场压缩参量增大时,光场与原子的最大纠缠度增大;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠则呈现周期性演化,系统呈现接近退纠缠;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠呈现周期性,场失谐量与耦合系数的比值足够大时,在一定时刻系统可处于稳定的最大纠缠态,且系统演化呈现周期性.     

压缩相干态光场与Λ型三能级原子相互作用的纠缠特性

利用量子熵理论,研究了压缩相干态光场与Λ型三能级原子的量子纠缠随时间的演化特性.结果表明:光场与原子纠缠度依赖于初态原子能级叠加系数、光场压缩参量、相干态振幅参量及失谐量与耦合系数之比.当光场压缩参量增大时,光场与原子的最大纠缠度增大;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠则呈现周期性演化,系统呈现接近退纠缠;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠呈现周期性,场失谐量与耦合系数的比值足够大时,在一定时刻系统可处于稳定的最大纠缠态,且系统演化呈现周期性.     

集成马赫-曾德尔热光耦合器的可调谐振环优化设计

根据耦合模理论,推导出可调谐光波导谐振环的光强和相位传递函数的表达式,并分析了可调谐谐振环的传输特性.结果表明,谐振环中集成的马赫-曾德尔耦合器的参量设定和调谐方式直接影响谐振环的谐振频率移动范围和调制功率.通过改变耦合器参量对谐振环进行优化设计,在中心波长为1550 am附近,谐振环半径2 cm,传输损耗0.08 dB/cm的情况下,实现了清晰度和最佳谐振深度的调谐,谐振频率的移动范围低于0.027 GHz,降低了谐振环对频率调制器的调频要求,同时降低了耦合器的调制功率.     

非简并光学参量振荡腔非稳特性研究

根据三模相互作用的半经典运动方程,讨论了参量下转换过程中非简并参量振荡腔的稳定性问题.研究表明:当信号光与闲置光的失谐量不一致时,腔内光场相位出现自调制现象.求出了产生自调制效应的阈值条件.讨论了自调制周期的参量依赖关系,并提出了通过耦合模强度自脉冲观测相位自调制的物理方法. 关键词：     

电磁感应透明的高阶非线性效应对光孤子的影响

研究了电磁感应透明介质中高阶非线性效应对光孤子传输的影响。采用半经典理论获得介质对光场的线性和非线性响应,基于介质特性利用波动理论推演出三-五阶非线性薛定谔方程。介质的线性非线性特性分别决定了群速度色散参量,三阶和五阶非线性系数。研究结果表明,该非线性介质既可以诱导亮孤子也可以诱导暗孤子,取决于群速度色散参量和三阶非线性系数。当前者为负同时后者为正时产生亮孤子,当两者均为负时产生暗孤子,二者可以通过载频与相应跃迁能级失谐的调节获得。与普通非线性薛定谔方程相比,三-五阶非线性薛定谔方程对亮孤子和暗孤子出现的参数和输入条件更加严格。     

基于非线性光纤环形镜被动锁模掺铒光纤激光器

研究了一种基于非线性光纤环形镜"8"字形谐振腔结构的波长可调谐被动锁模掺铒光纤激光器,该激光器通过将偏振控制器加在耦合比为30/70的2×2光纤耦合器首尾相连的环内,在整个谐振腔的右端搭建了一个Sagnac环形滤波器.当泵浦功率为270 mW时,锁模光纤激光器输出了中心波长为1555.7 nm的传统孤子,其光谱的3-d...     

基于非线性放大环形镜的波长可调谐耗散孤子锁模光纤激光器

报道了一种基于非线性放大环形镜的"8"字形腔波长可调谐锁模掺镱光纤激光器。当泵浦功率为240 mW时,光纤激光器输出中心波长在1 064.1 nm处的耗散孤子,其光谱3 dB带宽为7.7 nm,重复频率为18.8 MHz,输出光信噪比高达71.2 dB,脉冲宽度为867 fs。分别通过调节偏振控制器和泵浦功率实现了锁模光纤激光器在1 032.8～1 065.1 nm以及1 037.4～1 041.9 nm内调谐输出。探究了不同锁模状态下的光谱与脉冲特性,获得了时间带宽积接近傅里叶变换极限的高斯型脉冲。该光纤激光器结构简单,易于调谐,稳定性好,可为实现波长调谐、耗散孤子锁模提供技术参考。     

强耦合条件下内腔电磁诱导透明和正交模劈裂的研究

文章分析了Λ-型三能级原子与腔耦合系统在强耦合条件下,腔透射谱在随腔模失谐的变化情况。结果表明,改变腔模失谐不但对正交劈裂峰会产生频移,同时对内腔EIT峰也会产生频率推移,并且在单光子失谐时,推移程度也有所不同;当腔模失谐达到自由光谱区的一半时,内腔暗态极子模出现双峰结构。这一结果对研究基于原子腔系统的关联光场具有积极的意义。     

掺铒光纤环镜中超短光孤子的放大与压缩Ⅱ.环镜及输入脉冲特性对放大结果的影响

最近的研究发现,用掺铒光纤环镜放大并压缩超短光孤子不仅能避免常规掺铒光纤放大器中由于非线性效应引起的孤子畸变,而且可克服绝热放大技术中放大器长度随输入脉宽增大而指数规律增大的困难。进一步研究了环镜及输入脉冲特性对放大结果的影响。数值计算表明,对于确定的输入脉冲,当环镜参量(环镜长度、增益、耦合器功率耦合系数)在较大范围内变化时,环镜放大器的孤子输出性能基本稳定。对于确定的环镜,输入脉冲形状的变化、初始输入功率的起伏以及高阶效应等因素对放大结果的影响较小;相对而言,初始频率啁啾对输出孤子宽度的影响较大,但对输出孤子质量的影响并不严重。     

开放式法布里-珀罗光学微腔中光与单量子系统的相互作用

光与物质相互作用的过程具有丰富的物理内涵,不仅有助于理解光的本质,更可以提供一种有效操控物质的手段.开放式光学微腔具有光场强局域性、频率域和空间域的可调谐性以及光纤可集成性等特点,为研究微腔内的光与物质相互作用提供了一个理想平台.本文首先介绍基于开放式法布里-珀罗微腔的腔量子电动力学系统的基本特性,然后介绍开放式法布里-珀罗微腔结构的制备方法,进而从弱耦合、强耦合和差发射体三方面着重介绍近年来开放式微腔与固态单量子系统相互作用的研究工作,最后进行了总结与展望.     

利用场分布计算单腔微波参量

介绍了利用加速管的场分布计算单腔微波参量的一种方法. 在已知耦合腔链各本征模式的谐振频率和电场分布的条件下，可以通过回路方程组求出耦合腔链的单腔频率和腔间耦合系数. 这种方法给加速管设计和调谐带来了很大帮助，在加速腔数目较多或者结构非均匀的条件下尤为有效.     

具有二阶和三阶非线性一维光子晶体中的耦合模孤子

研究同时具有二阶和三阶非线性的一维光子晶体中的耦合孤子动力学.从Maxwell方程出发,利用多重尺度法,导出了光学整流场与两个基频电场包络的非线性耦合模方程组,给出了耦合模方程组的孤子解.结果表明,由于二阶非线性导致的光学整流场对基频电场有调制作用,使得两个基频电场分量可以呈现为亮孤子亮孤子、暗孤子暗孤子及亮孤子-暗孤子对 当两个基频电场的振动频率趋于光子晶体频带的带边频率时,光学整流场消失     

对应于铯原子D1线连续可调谐正交压缩态光场的制备

铯原子D₁线的非经典光由于其波长接近于量子点的独特优势,在固态量子信息网络的发展中有着重要的应用前景.在之前的工作中,利用两镜连续简并光学参量振荡器中的参量下转换过程,制备出2.8 d B正交压缩真空态光场.然而,所产生光场的压缩度较低,对于对压缩光具有实用意义的可调谐性能也未做进一步探究.理论分析表明,光学参量振荡器后腔镜对信号光透射率的增加及内腔损耗的减小可以提高压缩度.因此,本文在该研究基础上,通过使用高光洁度腔镜及优化腔镜镀膜参数等方式对光学参量振荡器进行改良,降低了光学参量腔阈值,获得压缩度为3.3 d B的单模正交压缩真空光.当光学参量腔运转为参量反放大状态时,在系统稳定运行的情况下,制备的明亮压缩态光场能够连续调谐80 MHz,为其在量子信息网络中的应用奠定了良好的基础.     

光折变有机聚合物中的双色光空间孤子

对光折变有机聚合物中的双色光空间孤子进行了理论分析,证明双色信号光的两个频率成分相互作用可以在折射率改变为正的光折变有机聚合物中形成暗暗和亮暗空间孤子,在折射率改变为负的光折变有机聚合物中形成亮亮和亮暗空间孤子。与单色光孤子的情况不同,对于双色光孤子情况,通过与一形成暗孤子的频率成分相互作用,另一频率成分在折射率改变为正的有机聚合物中也可形成亮孤子;通过与一形成亮孤子的频率成分相互作用,另一频率成分在折射率改变为负的材料中也可形成暗孤子。     

具有二阶和三阶非线性一维光子晶体中的耦合模孤子

研究同时具有二阶和三阶非线性的一维光子晶体中的耦合孤子动力学. 从Maxwell方程出发,利用多重尺度法,导出了光学整流场与两个基频电场包络的非线性耦合模方程组,给出了耦合模方程组的孤子解. 结果表明,由于二阶非线性导致的光学整流场对基频电场有调制作用,使得两个基频电场分量可以呈现为亮孤子-亮孤子、暗孤子-暗孤子及亮孤子-暗孤子对;当两个基频电场的振动频率趋于光子晶体频带的带边频率时,光学整流场消失.     

氟化镁楔形微腔色散调控及孤子产生数值分析

用有限元计算方法仿真了MgF_2楔形腔中的色散情况,并研究半径、楔角大小、楔角位置三个参数对整个腔在通讯波段的色散影响。通过从蓝失谐到红失谐的调谐过程,利用得到的色散曲线,根据Lugiato-Lefever方程和热偏移公式仿真孤子的频域和时域图。并且研究了扫描速度、品质因子、泵浦功率等对孤子产生的影响。在结合以往实验和理论基础的情况下,探讨了利用MgF_2晶体腔产生孤子的一些重要参数。数据结果对制备低反常色散MgF_2楔形腔及在此腔中产生孤子梳具有指导意义。     

两任意量子比特Rabi模型的纠缠演化特性

利用相干态正交化(ECS)法,讨论了两量子比特Rabi模型中的纠缠动力学问题,选取量子比特初态为交换对称的贝尔态,选取光场初态为真空态,分析了不同跃迁频率和不同光场-量子比特耦合强度下量子比特的纠缠演化特性。研究结果表明,在弱耦合情况下,当两个全同的量子比特的跃迁频率与光场频率的差值相同时,纠缠演化几乎相同;当非全同的量子比特跃迁频率相对光场频率对称失谐时,纠缠度比全同时大,失谐量越大,纠缠越强,且纠缠的变化周期与失谐量成反比。在共振情况下,当耦合强度不相等时,两量子比特纠缠演化存在主极大与次极大交替出现的现象;保持其中一个量子比特与光场的耦合强度不变,另一量子比特的耦合强度越强,次极大的峰值越大,但主峰峰值始终能达到最大纠缠;整个过程中纠缠演化表现出周期性。