基于不同物理机制的固体高次谐波产生对激光参数依赖特性的理论研究

高次谐波产生(high-order harmonic generation,HHG)机制的研究,主要集中在带间极化和带内电流,以及由Berry曲率引起的反常电流机制上.将强激光诱导完整电流分解为不同机制的贡献,得到长期以来被忽视的混合项电流.通过数值求解半导体Bloch方程(semiconductor Bloch equation,SBE),研究了不同机制产生高次谐波的峰值振幅和激光波长相关性,探索了各电流机制之间的相干性.研究发现,无论是随着波长变化还是随着峰值振幅的变化,混合项电流与带间极化电流诱导的高次谐波谱有着十分相似的变化规律,以及极其接近的谐波强度;同时发现Berry曲率诱导的反常谐波只能产生垂直于激光场偏振方向的偶次谐波,且在波长和峰值强度变化过程中出现的极小值是反常谐波独有的特征.通过分析不同机制之间的干涉作用,发现带间极化谐波与带内谐波(包括反常谐波)在垂直偏振方向上发生了明显的相互干涉,而混合项谐波与带内谐波的相干则微乎其微.

中心对称萘酞菁分子二次谐波产生的实验研究

研究了三种萘酞菁化合物LB膜的制备 ,并通过二次谐波产生的方法研究了单个对称取代的萘酞菁化合物及双 (四叔丁基萘酞菁 )铒的二阶非线性光学特性 ,并对它们的产生机理进行了简单的讨论 单个对称取代的萘酞菁化合物 ,它们的二次谐波产生机制为磁偶极子耦合机制 ,双(四叔丁基萘酞菁 )铒的二阶非线性光学特性起源于电四极子模型 ,且它的二阶非线性极化率 χ( 2 )(或超极化率 β)

中心对称双酞菁铥LB膜二次谐波产生特性

利用二次谐波产生(SHG)方法研究了中心对称分子稀土夹心双酞菁铥(TmPc2)Langmuir-Blodgett(LB)膜二阶非线性光学特性,测量了二次谐波强度随入射基频光入射角的关系,并对其二阶非线性产生机制进行了讨论.实验结果表明,TmPc2分子LB膜具有较好的二次谐波信号,二次谐波信号强度的最大值在基频光入射角为45°的地方,其二阶非线性极化率χ(2)和分子超极化率β分别为1.152×10-8和1.905×10-30esu.通过测量样品二次谐波信号的偏振特性,并与理论分析相比较,得出其二阶非线性起源于电四极子作用机制.

偶氮聚合物薄膜的吸收谱和二次谐波产生的温度特性

研究了一种偶氮聚合物薄膜的光谱和二阶非线性光学特性.研究结果表明,聚合体中的偶氮发色团以反式异构体形式存在.加热可使分子之间的相互作用减弱,聚集体的聚集程度降低;温度低于70℃时聚集体的结构不会发生变化,分子间相互作用的改变能够完全恢复;高于70℃降温后聚集体聚集程度的降低不能完全恢复.在一定温度下极化可使发色团偶极子定向有序排列,形成J-聚集体.偶氮聚合物薄膜的二阶非线性光学特性起源于偶极子模型,极化温度是影响极化膜二次谐波强度的重要因素之一,该偶氮聚合物薄膜的最佳极化温度约为90℃.

4-羧基-4′-氨基偶氮苯LB膜的光谱及其二次谐波产生特性研究

采用紫外可见吸收谱和二次谐波产生的方法研究了一种新型偶氮化合物分子的LB膜及非线性光学特性。4-羧基-4′-氨基偶氮苯分子在水表面可以形成稳定的单分子膜并且可以较好的转移到固体基板上形成LB多层膜。测量了LB膜二次谐波产生随入射基频光入射角的变化关系,二次谐波信号强度最大值在入射角约为60°的地方,LB膜具有非常大的二次谐波信号强度,其分子超极化率约为β=1.17×10-29esu。

利用二次谐波产生研究Al_2O_3／Al(111)表面的动力学变化(英文)

主要介绍了当激光入射到单晶金属Al2O3／Al(111)表面时将发生二次谐波产生(SHG)现象的实验装置和实验方法,利用该装置可以研究SHG和从Al2O3／Al(111)表面反射的SHG在空间各向异性的变化情况,从而可以探测Al2O3／Al(111)表面结构对称性。实验中发现,当脉冲激光功率在2×106 W／cm2-9．6×106W／cm2范围内变化时,没有检测到SHG信号的各向异性变化;当使用P-极化泵浦激光时,发现Al2O3／Al(111)样品绕法线旋转360度时,P-极化的SHG信号在空间三个方向上呈现最大值相等;当使用脉冲强度为12×100 W／cm2的1064 nm P-极化泵浦激光时, Al2O3／Al(111)表面被损坏,损坏后的表面其SHG信号并不呈现对称的各向异性变化,当使用脉冲强度为11×106W／cm2的1064 nm P-极化泵浦激光时产生表面退火现象,从退火表面所产生的反射532 nm P-极化SHG信号中发现,SHG信号呈现衰减的各向异性成分。

Morse势阱中三次谐波产生的研究

利用量子力学中的密度矩阵算符理论,推导在具有多频率的复光场作用下线性和非线性极化率的一般表达式,然后利用图形技术,即利用费曼(Feynman)图方法来考虑三阶非线性过程,得到三次谐波系数的解析表达式.并以典型的GaAs/AlGaAsMorse势阱为例引入参数进行数值计算.结果表明,在该系统中得到了比体材料大的三次谐波系数,并适当增大势阱参数a可以获得较大的三次谐波系数;三次谐波系数随着弛豫常数Γ减小而增大.

极化子效应对Morse势阱中三次谐波产生的影响

分析了极化子效应对Morse势阱中三次谐波产生的影响,并以典型的GaAs/AlGaAs Morse势阱为例进行数值计算。结果表明,在考虑极化子效应时,获得的三次谐波系数是仅考虑电子情况的6倍左右,说明要得到比较精确的结果,有必要考虑电声相互作用的影响。

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.

温度对偶氮苯LB膜吸收光谱和二次谐波产生的影响

采用紫外-可见吸收谱和二次谐波产生技术研究了温度对4-硝基-4′-氨基偶氮苯(NAA)分子Langmuir-Blodgett(LB)单层和多层膜的光谱和二阶非线性光学特性的影响。单层LB膜的二次谐波强度在室温至80℃的温度范围内随温度的增加基本成单调下降关系,温度高于80℃后基本没有二次谐波信号。多层LB膜的二次谐波强度随温度的变化分为几个不同的温度阶段。吸收谱表明单层LB膜分子的有序排列受热后不易恢复,超过80℃后则不能恢复;多层LB膜的则较容易恢复,温度达到80℃后仍能恢复,超过100℃后则不能恢复。由于NAA的多层LB膜存在层间分子的相互作用,其结构的稳定性比单层膜要强。

铁电晶体铌酸钾锂的二次谐波产生

铁电晶体铌酸钾锂 (K3 Li2 -xNb5 +xO15 +2x,0 <x <0 .5 ;KLN)是一种能在最佳相位匹配条件下直接对半导体近红外激光倍频获得蓝绿光输出的非线性光学晶体。我们曾用中频加热引上法和电阻加热引上法生长了KLN晶体 ,研究了晶体中组分离子浓度沿生长方向的变化情况和晶体的光学均匀性 ,结果表明在电阻加热炉中用我们的生长技术生长得到的KLN晶体中组分离子浓度波动小 ,不会对晶体的折射率和倍频性能产生明显影响 ,有良好的光学均匀性。本文研究了KLN晶体在倍频波段的透过光谱和晶体的二次谐波发生 (SHG)特性。我们测定了厚度为 3.7mm的KLN样品在 36 0～ 1 2 0 0nm波段的透过光谱。表明该样品有良好的透过性能 ,其透过率最大为 74% ,没有吸收峰。将测量过透过光谱的样品极化后 ,在室温下对钛宝石近红外激光进行了初步的倍频实验。在 890nm～ 96 0nm波段范围内的基波入射功率和倍频的结果如表 1所示。由表 1可知 :该KLN晶体有良好的倍频性能 ,其倍频效率在目前国际用KLN晶体对钛宝石近红外激光进行腔外倍频实验中是最高的。Table 1 ResultsofdoublingtheTi:sapphirelaserwithdifferentincidentwavelengthandpowerusingKLNcrystalIncidentwavelength(nm) IncidentpowerPω(mW)SHGpowerP2ω(mW)

三次谐波产生过程中光场压缩性质的转移

本文讨论了三次谐波产生过程中场的量子统计性质。在基波场初始为压缩态时,产生的三次谐波场在一定条件下也可以是压缩态的,表明了压缩性质在基波场和谐波场之间的转移。

双轴晶体二次谐波产生中的光束离散

分析不同条件下二次谐波产生中的光束离散对于提高转换效率和光束质量都十分重要。通过建立求解双轴晶体中双折射问题的数值分析模型,可以精确计算晶体主轴任意取向下光从任意方向入射时折射光的折射率、偏振态、波矢方向及能流方向等。详细讨论了正入射和斜入射、Ⅰ类相位匹配和Ⅱ类相位匹配下KTP晶体和LBO晶体中的光束离散问题。

光子微波信号的亚谐波产生技术

光子微波信号的频率变换技术在光子微波技术中具有重要意义。然而由于光子器件的相对不成熟以及光子自身的物理特性,光子微波信号在亚谐波产生方面还面临许多困难。本文对外光注入激光器的倍周期、全光反馈、光电混合反馈以及光纤锁模腔结构的光子微波信号亚谐波产生的典型方法和原理进行介绍,并对这些方案进行总结评述,探讨光子微波信号亚谐波产生的发展方向。

加偏置电场量子阱中二次谐波产生系数的计算

利用量子力学中的密度矩阵算符理论导出了加偏置电场量子阱中的二阶非线性光学极化率,得到了该系统的二次谐波产生系数的解析表达式。以典型的G aA s/A lG aA s量子阱为例作了数值计算,结果表明:二次谐波产生系数比相应体材料中的二次谐波产生系数大10倍以上,同时偏置电场强度对该系统的二次谐波产生系数有较大的影响,为实验上研究量子阱的非线性光学效应提供了必要的理论依据。

退极化效应对三次谐波产生的影响

用紧致密度矩阵和弛豫时间近似方法,研究退极化效应对三次谐波产生的影响．给出三次谐波产生系数表达式．在半抛物量子阱中,给出三次谐波产生的数值结果．退极化效应破坏了三共振,修改了三次谐波产生谱．使原来的三共振峰退化为一双共振峰和一单共振峰．

基于场致激光二次谐波产生原理的纳秒脉冲电场非介入测量方法研究

局域电场是放电等离子体的重要微观参数,非介入式时空分辨的电场诊断对深入理解放电演化机制具有重要意义。该文对现有电场测量手段进行综述,对其存在干扰放电或适用场合受限等局限性进行讨论。基于场致二次谐波产生原理,搭建非介入激光测量系统,利用纳秒脉冲激光实现了脉冲瞬态电场的测量。首先,通过平行板电极结构产生均匀电场,对系统进行标定,获得二次谐波信号幅值正比于电场强度平方的定量关系。接着,基于标定结果,定量获得刀板电极结构中非均匀电场的时间演化和空间分布。最后,比较实验测量与Comsol仿真结果,验证了场致激光二次谐波产生方法的适用性与准确性。该方法可应用于不同电压形式激励的气体放电中瞬态电场的定量测量。

二次谐波产生的光学倍频腔自锁定系统

二次谐波产生技术能有效扩展现有的激光波段,被广泛应用于原子分子物理、光物理、生物医学等多个领域。倍频腔的长期锁定是倍频技术中的一项关键技术,它直接关系到输出激光的功率稳定性和可靠性,目前的商用二次谐波产生激光器都会存在不同程度上的失锁状态。提出了一种基于积分扫描来实现连续激光倍频器自锁定的方案,能在没有人为调节的情况下连续工作,不需要额外的功率监测和扫描信号,失锁后可自动恢复锁定,最终实现了长期稳定的二次谐波产生激光输出。

短程有序结构中宽带二次谐波产生的研究

本文从理论和数值模拟上分析了一种短程有序铁电畴结构中二次谐波的产生过程。这种短程有序结构是由一系列一定长度的周期极化铁电畴结构和任意长度的单畴结构交替构成。研究了结构参数对频率变化过程中频谱带宽和转换效率的影响。结果表明,转换效率可以通过增加短程有序结构的晶体长度得到提高,而频谱带宽的大小可以通过调节周期极化结构的长度加以控制。

透射共振对二次谐波产生的增强

为了提高二次谐波产生转换效率,本文提出将一维周期光学超晶格两端贴上未被极化的厚度可以改变的非线性介质层,通过调整附加介质层的厚度来调制基频波的场,从而观察二次谐波产生转换效率的变化情况.结果表明:基频波场可以很大程度地调制二次谐波产生;随着能量的增加,二次谐波产生转换效率增加,随着能量的减小,二次谐波产生转换效率减小;当达到透射共振(透射率等于1)时,转换效率最大,此时相对于传统样品(将光学超晶格置于无限大的非线性背景中),二次谐波产生转换效率最多可以提高到1.5倍左右;而相对于实际样品(将光学超晶格置于空气中),二次谐波产生转换效率最多可以提高到3.3倍.因此可以得到结论:透射共振对二次谐波产生有增强的作用,可以很大程度上提高其转换效率.