李朝阳 1,2,*冷雨欣 2李儒新 1,2,3
作者单位
摘要
1 张江实验室,上海 201210
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
3 上海科技大学,上海 201210
超强超短激光在空间上具有大口径、在时间上具有短脉冲,因此极易产生时空耦合效应,例如脉冲前沿畸变,使得脉冲前沿和相位前沿发生时空分离,通常表现为脉冲前沿倾斜或弯曲,不利于获得预期的高聚焦光强。但当这种脉冲前沿畸变(控制)用于产生X形光波包时,却增加了一维全新的自由度,实现了光波包群速度和群加速度的自由控制,可获得超光速、亚光速、加速、减速,甚至动态可控的群速度。通过综述脉冲前沿畸变(控制)在超强超短激光中的不良影响和在X形光波包中的特殊效果,旨在为同一光学现象在不同研究方向间的交叉应用提供些许思考。
时空耦合 脉冲前沿 相位前沿 X形光波包 群速度 群加速度 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500001
赵学谦 1,2刘志楠 1,2刘辉 1,2,*
作者单位
摘要
1 南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室,江苏 南京 210093
2 南京大学物理学院人工微结构科学与技术协同创新中心,江苏 南京 210093
具有莫尔角的光学莫尔晶格使能带平坦化,为激光超短脉冲的脉宽调控提供了新的思路。通过组合两种不同周期的光子晶格,构建3种人工合成莫尔角逐渐增大的光学莫尔晶格,实现了莫尔晶格能带的平坦化。通过理论分析莫尔晶格的能带色散,发现人工合成莫尔角较大的莫尔晶格具有丰富的群速度色散,这导致了脉宽的剧烈变化。实验上,使用自相关仪测量了超短脉冲经莫尔晶格后的脉宽。在理论和实验上证明了莫尔晶格对超短脉冲脉宽的精准调控。提出的莫尔晶格对激光脉冲压缩器件的研究具有重要意义。
光学莫尔晶格 超短脉冲 群速度色散 自相关仪 脉宽调控 
光学学报
2023, 43(20): 2032001
Author Affiliations
Abstract
1 University of California, Davis, Department of Electrical and Computer Engineering, Davis, California, United States
2 W&WSens Devices, Inc., Los Altos, California, United States
3 University of California, Baskin School of Engineering, Department of Electrical and Computer Engineering, Santa Cruz, California, United States
The photosensitivity of silicon is inherently very low in the visible electromagnetic spectrum, and it drops rapidly beyond 800 nm in near-infrared wavelengths. We have experimentally demonstrated a technique utilizing photon-trapping surface structures to show a prodigious improvement of photoabsorption in 1-μm-thin silicon, surpassing the inherent absorption efficiency of gallium arsenide for a broad spectrum. The photon-trapping structures allow the bending of normally incident light by almost 90 deg to transform into laterally propagating modes along the silicon plane. Consequently, the propagation length of light increases, contributing to more than one order of magnitude improvement in absorption efficiency in photodetectors. This high-absorption phenomenon is explained by finite-difference time-domain analysis, where we show an enhanced photon density of states while substantially reducing the optical group velocity of light compared to silicon without photon-trapping structures, leading to significantly enhanced light–matter interactions. Our simulations also predict an enhanced absorption efficiency of photodetectors designed using 30- and 100-nm silicon thin films that are compatible with CMOS electronics. Despite a very thin absorption layer, such photon-trapping structures can enable high-efficiency and high-speed photodetectors needed in ultrafast computer networks, data communication, and imaging systems, with the potential to revolutionize on-chip logic and optoelectronic integration.
photoabsorption photon trapping group-velocity reduction photodetectors silicon photonics 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(5): 056001
作者单位
摘要
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川 绵阳 621999
为了快速准确地测量薄壁结构的局部弹性模量,提出了Lamb波双模共振法,采用脉冲激光作用薄板表面诱导产生Lamb波,结合频谱中的零群速度(ZGV)共振和厚度共振计算薄板的局部泊松比和局部体波波速,进而结合所测密度求得局部弹性模量。为了验证双模共振法的准确性,实验采用高频纵波探头和纳米压痕仪测量了相关参数。结果表明:Lamb波双模共振法利用S1模态ZGV共振结合其他模态厚度共振或ZGV共振,能够快速准确地计算出薄板的局部泊松比和局部体波波速,这对于实现薄壁结构件弹性模量的在线监测具有重要意义。
测量 激光超声 Lamb波 零群速度共振 厚度共振 局部弹性模量 
中国激光
2023, 50(13): 1304004
Author Affiliations
Abstract
iXblue, 34 rue de la Croix de Fer, 78100 Saint-Germain-en-Laye, France
Dispersion of light waves is well known, but the subject deserves some comments. Certain classical equations do not fully respect causality; as an example, group velocity vg is usually given as the first derivative of the angular frequency ω with respect to the angular spatial frequency km (or wavenumber) in the medium, whereas it is km that depends on ω. This paper also emphasizes the use of phase index n and group index ng, as inverse of their respective velocities, normalized to 1/c, the inverse of free-space light velocity. This clarifies the understanding of dispersion equations: group dispersion parameter D is related to the first derivative of ng with respect to wavelength λ, whilst group velocity dispersion GVD is also related to the first derivative of ng, but now with respect to angular frequency ω. One notices that the term second order dispersion does not have the same meaning with λ, or with ω. In addition, two original and amusing geometrical constructions are proposed; they simply derive group index ng from phase index n with a tangent, which helps to visualize their relationship. This applies to bulk materials, as well as to optical fibers and waveguides, and this can be extended to birefringence and polarization mode dispersion in polarization-maintaining fibers or birefringent waveguides.Dispersion of light waves is well known, but the subject deserves some comments. Certain classical equations do not fully respect causality; as an example, group velocity vg is usually given as the first derivative of the angular frequency ω with respect to the angular spatial frequency km (or wavenumber) in the medium, whereas it is km that depends on ω. This paper also emphasizes the use of phase index n and group index ng, as inverse of their respective velocities, normalized to 1/c, the inverse of free-space light velocity. This clarifies the understanding of dispersion equations: group dispersion parameter D is related to the first derivative of ng with respect to wavelength λ, whilst group velocity dispersion GVD is also related to the first derivative of ng, but now with respect to angular frequency ω. One notices that the term second order dispersion does not have the same meaning with λ, or with ω. In addition, two original and amusing geometrical constructions are proposed; they simply derive group index ng from phase index n with a tangent, which helps to visualize their relationship. This applies to bulk materials, as well as to optical fibers and waveguides, and this can be extended to birefringence and polarization mode dispersion in polarization-maintaining fibers or birefringent waveguides.
Birefringence Chromatic dispersion Dispersion Effective index First-order dispersion Group birefringence Group index Group velocity dispersion Index of refraction Polarization mode dispersion Refractive index Second-order dispersion 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(1): 2022001
作者单位
摘要
1 内蒙古电力科学研究院,内蒙古 呼和浩特 010020
2 广东工业大学 机电工程学院,广东 广州 510006
焊接结构由于材料、工艺和环境等差异易出现各种类型缺陷,严重影响结构整体的安全性能。超声检测法是一种有效的缺陷无损检测方法,常规超声缺陷测量技术在处理复杂曲面时会出现模式转换及影响缺陷检测精度的问题,故该文提出了基于零群速兰姆波模态的不等厚对接焊缝缺陷检测仿真研究。首先,基于Bloch-Floquet边界和域约束的有限元特征频率法,研究变厚度薄板中零群速模态频率偏移规律,选取厚度变化敏感的零群速模态并对激励信号进行参数优化。然后,通过建立焊缝仿真模型验证变厚度薄板中零群速模态频率偏移规律,成功重构出焊缝薄板的曲线厚度,误差为±0.05 mm。最后,建立不等厚板焊缝模型进行缺陷检测,成功地重构出焊缝内部的微小缺陷的位置信息(>0.5 mm),厚度方向和水平方向的误差分别为±0.05 mm和±0.02 mm。
焊缝检测 零群速兰姆波 有限元分析 薄板 weld detection zero-group-velocity Lamb wave finite element analysis thin plate 
压电与声光
2022, 44(1): 15
作者单位
摘要
暨南大学光子技术研究院,广东 广州 511443
中红外-近红外频谱转换是实现诸多中红外波段应用的重要技术,转换效率和调谐范围通常由于泵浦-信号频率失谐量大而受限。提出一种新型As2Se3硫系光波导,通过色散调控对波导结构进行优化设计,使光波导在2 μm波长附近具有正常群速度色散及负的四阶色散,达到泵浦-信号频率失谐量大的四波混频过程的相位匹配。研究了该波导的中红外-近红外频谱转换性能。结果表明,当泵浦光波长位于靠近零色散点的正常色散波长区时,可以实现宽范围可调谐的高效率频谱转换。通过调节泵浦光波长在(1955±30) nm范围内变化,实现了2.7~6.2 μm中红外光波的频谱转换及参量放大,可调谐范围达到3.5 μm。该波导有望应用于宽可调谐中红外激光产生及中红外信号的高灵敏度探测。
非线性光学器件 集成光学器件 群速度色散 四波混频 
激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0323003
章旭 1,2季来林 2刘栋 2高妍琦 2[ ... ]向霞 1,*
作者单位
摘要
1 电子科技大学物理学院, 四川 成都 611731
2 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
高效宽带的三次谐波转换是激光惯性约束聚变驱动器的关键技术之一。超辐射光的宽带特性以及宽、窄带和频方案为这一研究提供了新的实现途径。本文基于超辐射光特性,建立了其三倍频过程数值计算模型,并分析了时间高相干基频光与超辐射倍频光和频的效率和光谱特性演化。与超辐射光直接三倍频相比,宽、窄和频方案能够有效地减小群速度失配对超辐射光三倍频效率的影响,可以将超辐射光三倍频效率提升至44%,输出三倍频带宽可达到1.9 THz,该结果可指导超辐射光三倍频系统的设计与相关实验研究。
非线性光学 超辐射光 非线性频率转换 群速度失配 
中国激光
2021, 48(21): 2108001
作者单位
摘要
1 上海交通大学 物理与天文学院 激光等离子体教育部重点实验室, 上海200240
2 上海无线电设备研究所, 上海01109
提出并研究了一种宽带、大量程、方向可控的超短脉冲群速度调控方法。利用级联光参量放大,将泵浦光时域的线性强度调制转移至啁啾信号光频域的线性位相调制,压缩后信号光脉冲将获得延时或提前。通过调控泵浦时域强度调制的斜率大小和符号,可对信号光群速度调控的量程和方向进行灵活操控。级联光参量放大过程不需要满足位相匹配,响应带宽很大,原理上支持周期量级脉冲的群速度调控。分别研究了锯齿型和高斯型脉冲泵浦的级联光参量放大过程,演示验证了该方法的调控效果。该方法可在常规非线性晶体中实施,具备应用价值。
非线性光学 超快群速度调控 超短脉冲 光参量过程 数值模拟 Nonlinear optics Ultrafast group-velocity control Ultrashort pulse Optical parametric process Numerical simulation 
光子学报
2021, 50(8): 0850212
作者单位
摘要
1 山东大学晶体材料研究所,晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
2 齐鲁工业大学(山东省科学院)新材料研究所, 山东 济南 250014
3 山东大学光学高等研究中心, 山东 青岛 266237

四元锂-硫化合物具有较高的非线性光学(NLO)系数以及较宽的带隙,是一种具有较高应用潜力的非线性光学晶体。较高的热导率是非线性光学晶体综合性能的重要保障,可以保证非线性光学器件在实际应用中正常运行。然而,由于目前合成的四元锂-硫化合物的晶体尺寸通常较小,实验中难以测量其热导率,因此,采用第一性原理计算方法研究四元锂-硫化合物Li2BaSnS4的热导率,并通过与类似的三元硫化合物LiGaS2进行对比,探讨其晶格热导率的微观来源。研究发现,Li2BaSnS4的晶格热导率较三元硫化合物LiGaS2低,一方面是因为引入的Ba与S生成较弱的离子键,降低了声子群速度,另一方面是因为Ba的引入导致声子的非简谐效应增强。

非线性光学 光学晶体 第一性原理 晶格热导率 声子群速度 非简谐效应 
中国激光
2021, 48(12): 1208003

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