1 华东师范大学 物理系, 上海 200241
2 西北核技术研究所, 西安 710024
考察了电、磁场分量分别基于不同近似函数空间展开的一维和二维Maxwell方程间断元求解方法。结合中心数值通量和电、磁场分量近似函数空间的不同组合，构造了各种间断元算子。通过用这些算子在规则和不规则网格上编码分析一维和二维金属腔的谐振模式，详细考察了算子的收敛和伪解支持性，并据此对基函数进行了优选。算子在时域和频域对谐振模式的计算结果彼此符合良好。优选的Maxwell方程间断元算子不仅同时具备能量守恒和免于伪解的特性，且无需引入辅助变量，为设计高品质Maxwell方程间断元算法和研发相关电磁场模拟软件提供了支撑。
伽辽金间断元 麦克斯韦方程 伪解 基函数 discontinuous Galerkin finite-element Maxwell’s equations non-physical solution basis functions 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2931
中山大学 光电材料与技术国家重点实验室,广州 510275
用建立的“预报校正-四阶龙格库塔” 数值算法研究了非均匀展宽二能级体系中超短激光脉冲的传播特性.计算结果表明,非均匀展宽线型的线宽对光脉冲传播会产生调制作用.当线宽大于脉冲的频谱宽度时,脉冲面积演化与面积定理相符且脉冲传播平稳;但随着线宽的减小,脉冲面积演化会越来越偏离面积定理,脉冲传播不再平稳并出现“拖尾”振荡.脉冲主峰的峰值和脉冲的传播速度也受到线宽的影响.
量子光学 Maxwell-Bloch方程 非均匀展宽二能级体系 面积定理 超短激光脉冲的传播 Quantum optics Maxwell-Bloch equations Inhomogeneous broadening two-level system Area theorem Propagation of ultra-short pulse
1 中山大学 光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275
2 中山大学 光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275
建立了高准确度快速求解均匀展宽二能级体系光学Maxwell-Bloch耦合方程的数值算法.通过与特定条件得到的解析解的比较，验证了算法所具有的高收敛性和稳定性，并可保持算法的误差阶数，因此算法是可靠并实用的.应用该算法数值求解了一般条件下的MB方程，并由计算结果分析了失谐量、弛豫时间、初始光强对光脉冲在介质中的传播及对Bloch矢量演化的影响.所建立的数值算法对MB方程以及修正的这类偏微分方程组具有普适性.
量子光学 光与物质相互作用 光学Maxwell-Bloch方程 偏微分方程数值解法 超短激光脉冲的传播 Quantum optics Light-matter interaction Optical Maxwell-Bloch equations Numerical method to partial-differential equations Propagation of ultra-short pulse
中山大学 光电材料与技术国家重点实验室，广州 510275
用数值计算方法研究了均匀展宽二能级体系在激光超短脉冲作用下介质参量、入射脉冲面积、弛豫时间和频率失谐量对光脉冲面积演化的影响.计算结果表明，脉冲面积会在最接近输入脉冲面积2π偶数倍的值上振荡，并经过一定的传播距离后，台阶式跳跃到下一个偶数倍2π的值上振荡.
量子光学 光与物质相互作用 Maxwell-Bloch方程 均匀展宽介质 面积定理 Quantum optical Light-matter interaction Maxwell-Bloch equations Homogeneously broadened medium Area theorem
山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
通过采用时域有限差分法和预估矫正法数值求解麦克斯韦-布洛赫方程, 研究了含时电离对分子材料4,4‘-二甲氨基二苯乙烯的动态双光子吸收截面的影响。研究结果表明, 对周期量级的飞秒脉冲, 介质发生的主要是一步共振双光子吸收, 入射光强较高时出现双光子吸收饱和现象, 入射光强小于双光子吸收饱和光强时介质的双光子吸收截面随入射光强的增大线性减小。在不同的传播距离处, 分子的双光子吸收截面有较大的差别, 因此, 在对不同的实验条件下测得的双光子吸收截面数值进行比较时, 需要考虑样品厚度对实验结果的影响。在同一传播距离处, 随光电离截面取值的增大介质的双光子吸收截面减小。利用飞秒脉冲测量分子的双光子吸收截面时, 通过数值模拟, 讨论了已有解析结果的适用条件。
非线性光学 含时电离 双光子吸收截面 4′-二甲氨基二苯乙烯 麦克斯韦-布洛赫方程
山东师范大学物理与电子科学学院,济南,250014
通过采用预估校正的时域有限差分法求解麦克斯韦-布洛赫方程,我们研究了飞秒激光脉冲在三能级有机分子(4, 4'-二甲氨基二苯乙烯分子)介质中传播时脉冲的频谱演化情况. 在单光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、2能级之间的共振频率,对大面积入射脉冲,由于强的二次激发的作用,电场频谱中出现了在ω32附近振荡的频率成分,ω32是2、3能级之间的共振频率,说明对大面积入射脉冲二能级模型已经失效,需要采用多能级模型来描述分子介质. 在双光子共振情况下,即入射脉冲频率等于1、3能级之间的共振频率的一半,由于介质中放大的自发辐射和四波混频的作用,部分入射脉冲能量转化为高频和低频电场成分的能量,分子介质表现出了很强的光功率限幅特性.
非线性光学 频谱演化 麦克斯韦-布洛赫方程 4'-二甲氨基二苯乙烯分子 Nonlinear optics spectrum evolution Maxwell-Bloch equations 4 4 4'-bis (dimethylamno) stilbene 原子与分子物理学报
2006, 23(6): 990
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
系统地总结了超短脉冲激光在共振二能级原子系统中的传播特性，给出了周期量级飞秒脉冲激光及亚周期阿秒脉冲在介质中的面积演化规律。
面积定理 自感透明 拉比振荡 麦克斯韦-布洛赫方程组 时域有限差分法
山东师范大学物理与电子科学学院,济南,250014
通过严格求解麦克斯韦-布洛赫方程,研究了超短脉冲激光与硝基苯胺分子材料的非共振相互作用.研究结果表明,当脉冲激光在该分子介质中以电荷转移态的激发能的二分之一非共振传播时,脉冲激光频谱中明显地出现了二次谐波成分,显示了该分子具有较强的双光子吸收性质.
非共振传播 超短脉冲激光 硝基苯胺分子 麦克斯韦-布洛赫方程 Non-resonant propagation Ultrashort pulse Para-nitroaniline molecule Maxwell-Bloch equations 原子与分子物理学报
2005, 22(2): 347
1 中山大学光电材料与技术国家重点实验室,广州 510275
2 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
为研究飞秒脉冲在共振二能级原子介质中传播较长距离时的演化规律,用时域有限差分的方法数值模拟了5 fs脉冲载波与共振介质相互作用的麦克斯韦布洛赫方程。结果表明,5 fs脉冲的包络与载波的形状基本吻合,变化趋势大体一致,慢变振幅近似和旋转波近似不影响基本结论。在脉冲的谱宽远大于原子介质跃迁线形增宽的条件下,3.2π脉冲演化成2π双曲正割脉冲所经历的过程非常复杂,达到稳态所通过的空间长度大约是面积演化成稳态值所需要的长度的5×104倍。因此,在短距离的面积演化过程中,飞秒脉冲无法保持双曲正割的脉冲形状,只有经过很长的传播距离才能最终到达稳态,形成孤子解。同时,通过比较5 fs和50 fs脉冲的演化情况,得出结论,脉宽越短的脉冲达到稳态所经历的过程越复杂,需要通过的空间距离越长。
量子光学 光与物质相互作用 时域有限差分 麦克斯韦布洛赫方程
1 广州中山大学光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
2 Departement of Physics and Astronony, University of Iowa, Iowa City, Iowa 52242, USA
采用时域有限差分方法求出了麦克斯韦-布洛赫方程的孤子解,数值模拟了由共振吸收原子按布拉格结构所排列而形成的″主动光子晶体″中产生″慢光子″和″静止光子″的方法.结果证明,如果使入射脉冲面积等于一个合适的值,无须对介质作任何初始激发,具有一定包络形状的脉冲可以在共振光子带隙结构中演化为空间局域化的振荡间隙孤子或静止间隙孤子.此外,理论上也模拟了间隙孤子分裂的情况.我们研究的结果证明,多个间隙孤子可以连续地自发局域化于同一结构中,因此,有效的光能就能以原子相干态的形式在共振光子带隙结构中存储,响应时间为亚皮秒的光子操控将有可能实现.
量子光学 光子带隙 间隙孤子 自局域化脉冲 共振吸收布拉格反射 麦克斯韦-布洛赫方程
