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正GVD介质中的孤子型脉冲形成

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:前面已经提到从物理意义上来说,光学时间孤子亦有可能在具有n2<0和正GVD特性的非线性介质中观察得到。这种频率啁啾的结果,使得脉冲在具有正GVD的介质传播过程中,有被压缩的趋势。在实验上,已经观察到激光脉冲经过具有自散焦和正GVD特性的介质后,脉冲宽度变窄的效应[8,9]。人们已经知道,在625 nm波长区域,CdS晶体具有正的GVD,并且由双光子吸收机制导致的非线性折射率系数n2<0。

正GVD介质中的孤子型脉冲形成

前面已经提到从物理意义上来说,光学时间孤子亦有可能在具有n2<0和正GVD特性的非线性介质中观察得到。在此情况下(对照图12-2),脉冲的前半段经受负的折射率变化,介质光程由厚变薄,故频率由中心频率向短波方向移动;而在脉冲后半段,频率向长波方向移动。这种频率啁啾的结果,使得脉冲在具有正GVD的介质传播过程中,有被压缩的趋势。如果这种趋势与初始脉冲由GVD效应引起的线性传播增宽趋势相互补偿或平衡,则可满足时间孤子的形成条件。

在实验上,已经观察到激光脉冲经过具有自散焦和正GVD特性的介质后,脉冲宽度变窄的效应[8,9]。作为一个实例,图12-5给出了利用厚度为130 μm的CdS晶体薄片作为样品,以波长为625 nm的激光脉冲测得的实验结果[9]。人们已经知道,在625 nm波长区域,CdS晶体具有正的GVD,并且由双光子吸收机制导致的非线性折射率系数n2<0。在该实验中,入射光脉冲的宽度约为105 fs,重复率为20 Hz,脉冲光束经聚焦后入射到晶体样品表面。入射和透射脉冲的时间宽度,分别通过与一脉宽仅为τref=45 fs的参考脉冲的互相关二次谐波方法加以测定。如图12-5所示,在入射光脉冲峰值光强较低(0.2 GW/cm2)的条件下,输出脉冲宽度增大为115 fs,而在高光强(15 GW/cm2)的输入条件下,透射脉冲的宽度则被压缩到只有82 fs。

另一方面,通过5.7节的分析已经知道,在二阶非线性晶体中,通过特殊的三波混频过程可产生大小和符号可控制的折射率感应变化,从而可形成n2<0和GVD>0的条件。在实验上采用二阶非线性介质,也已经观察到与图12-5所示相类似的脉冲变窄的结果[10,11]。(www.xing528.com)

图12-5 经过130 μm厚CdS晶体样品后,透射光脉冲与窄参考脉冲通过互相关而形成的二次谐波信号的扫描记录曲线[圆形数据点对应于高光强(15 GW/cm2)入射情况,方形数据点对应于低光强(0.2 GW/cm2)入射情况;图中方框内表示高光强入射脉冲在样品内沿传输方向上变化的计算曲线][9]

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