超高Q值光学微腔光谱信号采集系统设计与分析

针对超高品质因子Q值光学微腔实验系统的光谱数据采集难题,设计了一款针对光学微腔的光谱信号采集系统。对光谱信号采集系统进行了基本功能验证,证明了系统的稳定性和实用性;分别测试了基于电弧放电法制备的光纤微球腔与基于超精密抛光法制备的氧化硅晶体微盘腔。采集了光纤微球腔和氧化硅晶体微盘腔的透射谱,并对其模式谱线进行追踪。结果表明：光纤微球腔的Q值达到2.26×10⁶,氧化硅晶体微盘腔的Q值达到10⁹;采集系统具有很好的消噪功能,模式谱线能长时间保持稳定。针对超高Q值光学微腔开发的光谱信号采集系统具有很高的可靠性,可用于微腔光子学系统以及后续微腔传感应用开发。     

回音壁模式光学微腔的激发模式控制

利用二氧化碳激光器在熔融石英棒上加工出具有超高品质因子的微棒腔,并研究了微腔的曲率、耦合位置以及耦合位置处锥形光纤的半径对激发的模式数量、品质因子以及耦合效率的影响。通过优化加工和耦合过程中的参数,在保证超高品质因子的同时激发出少量模式,有效避免了模式重叠,从而在不同波长下产生了具有频谱光滑包络的孤子光频梳。     

半导体光学微腔—研究腔量子电动力学效应的绝妙范例

光学微腔中真空场和电子的行为与它们在自由空间中截然不同，导致了腔量子电动力学的一系列复杂性物理问题，半导体光学微腔是新一代凝聚态微型谐振器的典型代表，是探索腔量子电动力学，寻求新型微腔器及其应用的绝妙范例。文章概要介绍了几种典型的半导体光学微腔及其研究进展。     

光学微瓶腔特性及温度传感应用研究

设计并测试了两种基于微瓶腔结构的温度传感系统。分别基于电弧放电法和自主装法制备了氧化硅材料(SiO₂)和紫外光固化胶(UCA)聚合物材料微瓶腔,通过锥形光纤耦合的方式分析了两种微瓶腔基本特性,并测试它们在温度传感中的应用。实验结果表明,SiO₂微瓶腔在温度上升时的灵敏度为11.13 pm/℃,在温度下降时的灵敏度为10.25 pm/℃;UCA微瓶腔在温度上升时的灵敏度为111.89 pm/℃,在温度下降时的温度灵敏度为102.02 pm/℃。两者在上升和下降时均保持很好的一致性,尤其UCA微瓶腔温度灵敏度比SiO₂微瓶腔提升了10倍。本文传感器具有体积小、价格低、可塑性和重复性好、灵敏度高等优势,在温度传感领域具有潜在应用。     

一种新型光学微腔的理论分析

应用波动光学理论,分析了一种新型锥顶柱状光学微腔的本征模式,得到了谐振腔的谐振波长表达式.在谐振波长1550 nm附近进行了设计与仿真优化,优化结果显示新型谐振腔与传统平行腔相比,在腔长为4512.5 nm,直径为3134.4 nm时,其品质因数可以提高22.4%,达到了49928.5,同时谐振腔的有效模式体积减小了47.8%.     

双端腔Ⅱ类倍频产生四组份纠缠光场

量子纠缠是执行量子计算和构建量子通信网络的关键资源,制备与操控纠缠态光场是实现量子信息处理的基础要素.本文提出了利用双端光学腔倍频产生四组份纠缠态的理论模型,从耦合波方程出发得到Ⅱ类倍频过程的传输矩阵,通过腔内自再现方程和输入输出传输矩阵理论研究了输出的两束倍频光的噪声特性;对于两束倍频光和两束基频泵浦场,利用多组份纠缠光场的充分必要判据PPT方法 (positivity under partial transposition criterion)分析了最小辛本征值与泵浦功率及分析频率之间的关系,研究结果表明基频泵浦光与倍频光之间存在四组份纠缠.     

磁诱导的光学二次谐波及其应用

介绍一种新近发展起来的，利用光学非线性效应来进行磁学测量的实验方法－－磁诱导的光学二次谐波。该方法不仅对于表面的对称性及磁性结构具有极高的探测灵敏度，更重要的是它还是现在极少数可对多层薄膜的界面进行研究的技术，这为当今非常活跃的磁性单层、多摹研究工作提供了一个强有力的手段。     

多模发射的单层有机光学微腔

研究了有机发光材料在Ｆ－Ｐ微腔中的发光特性,有机光学微腔以多层介质膜和金属铝（Ａｌ）分别作为反射镜,８－羟基喹啉铝（Ａｌｑ）为发光材料,在微腔的光致光谱中观察到了多个模式以及明显的谱线窄化现象,发射光谱的主要特征和Ｆ－Ｐ微腔的谐振模式相同。     

光学微球腔及其应用

光学微球腔因其极高的品质因和极小的模式体积，在非线性光学、腔体量子电动力学以及窄带光学滤波、高灵敏度运动传感器、极低阈值激光器等许多研究与应用领域具有广泛的应用前景。文章对光学微球腔的谐振原理、特点、耦合、制备和应用进行了综述。     

组装L-B膜光学二次谐波的实验研究

一种分子形成的多层L-B膜由于相邻层的分子取向相反而使非线性极化抵消,总的X~(2)=0.本文用光学二次谐波方法确定了带有不同极性基团的L-B单分子层的有效非线性系数的大小和符号,对有效非线性系数符号相反的两种单分子层交替组装,使相邻单分子层的非线性极化相互叠加,得到了具有较大二阶非线性系数的组装L-B膜.     

飞秒BBO光参量放大中闲频光二次谐波的产生

由于相位匹配条件和非线性晶体透光范围的限制，400nm蓝光抽运的飞秒β-BaB₂O₄（BBO）光参量放大（OPA）输出的参量光调谐范围有限，很难得到波长小于460nm的蓝光和近紫外光.实验采用1kHz钛宝石九通啁啾脉冲放大器的倍频蓝光作抽运光，超连续白光 作种子光，在Ⅰ类非共线相位匹配条件下，利用宽带的飞秒BBO OPA，在一定的实验参数下 获得了530—810nm放大的信号光，以及810nm—17μm波段范围的闲频光.与此同时 ，还获得了410—700nm连续可调的闲频光的二次谐波，其与闲频光层叠分布，单脉冲能量 为26μJ，转换效率大于5%.仅利用单块晶体的飞秒BBO OPA就可以获得410—810nm连 续可调的飞秒脉冲输出，从而为更多研究和应用的需要提供了重要的光源.对飞秒光参量放 大中闲频光二次谐波产生的条件也进行了理论分析. 关键词： 二次谐波 闲频光 非共线相位匹配 飞秒光参量放大     

应用级联倍频方法提高倍频系统输出稳定性研究

提出应用级联倍频方法提高倍频系统输出稳定性,并就该方法的有效性进行了理论分析和模拟计算.分析和计算结果不但证明级联倍频方法能实现倍频系统稳定输出,而且还表明可以通过仔细调节第一块倍频晶体中波矢方向 k 与光轴间夹角、两块倍频晶体间的间隔,能调节改变实现倍频系统最稳输出时所需第二块晶体的理论计算长度,使之与第二块倍频晶体的实际加工长度一致,最终实现系统稳定倍频输出.级联倍频方法在实现高输出稳定性的同时能实现高的倍频转换效率,对应用于光参量啁啾脉冲放大系统的高稳定抽运源系统的设计建造具有重要参考意义. 关键词： 级联倍频 稳定倍频输出 光参量啁啾脉冲放大     

Effect of fundamental radiation wave front astigmatism on the process of second optical harmonic generation in uniaxial crystals

Nonlinear processes of conversion of radiation with wave front astigmatism in nonlinear crystals of 6 and 3m symmetry are theoretically analyzed. Spatial-angular and energy structures of the second optical harmonic in lithium niobate and iodate crystals are investigated theoretically and experimentally. Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 11, pp. 72–75, November, 2008.     

二次谐波产生过程中准相位匹配条件的研究

从耦合波基本方程出发,在实空间严格推导出二次谐波产生(SHG)过程中的准相位匹配(QPM)条件.讨论了满足QPM条件时,SHG的转换效率以及相位失配角随波传播距离的变化.着重研究了非线性极化率的周期性调制对提高SHG转换效率的贡献.     

Design analysis of all-optical devices using second harmonic generation into a region with periodically modulated optical property

We investigate the nonlinear optical interaction through a periodic waveguide structure consisting of two alternating segments with different linear and nonlinear optical properties. A coupled equation system has been used to calculate the intensity of fundamental and second harmonic waves and the phase shift of the fundamental. The model has been experimentally tested with good results, but the effect of the phase shift has not been considered. Comparison with the quasi-phase match (QPM) technique has been presented. The novel features introduced by alternating segments with different linear and nonlinear optical properties have been discussed. The model shows a more flexible approach, which can be used in designing optical components based on coherent nonlinear interaction. Applications are straightforward for frequency doubler and all-optical switch.     

类石墨烯结构二维层状碳化硅的非线性二次谐波特性的第一性原理研究

二维层状碳化硅（two-dimensional layered silicon carbide,2d-SiC）是一种类石墨烯结构的半导体,在非线性光学频率转换上具有潜在的应用.本文基于第一性原理高精度全电子势线性缀加平面波结合态求和方法研究了层叠和拉伸下类石墨烯2d-SiC结构的非线性二次谐波系数.非线性过程物理源分析表明,三带项构成的单粒子跃迁过程是2d-SiC结构的二次谐波过程的主要微观跃迁机制,电子的带间运动显著受到带内运动的调谐,π电子离域带对非线性过程有重要贡献.理论上给出了2d-SiC结构的二次谐波系数的角度依赖,为实验研究提供理论参考.拉伸可导致不同频率的二次谐波增强.     

Effects of transverse profile of pump field on second harmonic generation in periodic nonlinear materials

We report on a theoreticalanalysis of the effects of a converging pump field of Gaussian transverse profile on second harmonic generation in a periodic nonlinear material with quasi-phase-matching. The outputs of the centre intensity and the intensity flux for second harmonic generation are derived by simulation, based on the parameters of quasi-phase-mismatch, the waist and focus positions of the input pump beam. The results show that when the transverse profile of the pump field is taken into account, the quasi-phase-match value and focus position of input beam for maximal second harmonic generation flollow new criteria.     

飞秒脉冲的二次谐波理论和实验研究

本文分析了小信号情况下飞秒脉冲的倍频特性,在非耗尽近似下,得出了飞秒脉冲二次谐波波形及效率的解析解,在时间域内,对一般条件的耦合波方程进行了数值解,分析了相位失配对飞秒脉冲倍频波形及效率的影响。 用0.5mm厚的一类匹配LBO晶体对碰撞锁模激光器产生的80fs超短脉冲进行了腔外倍频实验,实验结果与理论计算符合得很好。     

Off-centre impurity-related nonlinear optical absorption,second and third harmonic generation in a two-dimensional quantum ring under magnetic field

Abstract

The effects of an off-centre donor impurity on the non-linear optical absorption, second and third harmonic generation in a GaAs two-dimensional disc-shaped quantum ring under magnetic field are investigated within the compact density-matrix formalism and the effective mass approximation. The results reveal that: (i) the absorption spectra extend on larger energy intervals at the increment of the magnetic field; (ii) the possibility of generating second harmonic response from the system is demonstrated for an impurity placed on the repulsive part of the confining potential; (iii) both second harmonic and third harmonic coefficients are one order of magnitude larger for an impurity placed on the repulsive part of the potential and are blue-shifted by the increment of the magnetic field regardless the impurity position.