1 湘潭大学物理与光电工程学院,湖南 湘潭 411105
2 广东工业大学机电工程学院,广东 广州 510006
构建了由一束弱探测光和两束强控制光耦合到“三明治”型量子阱的能级之间形成N型四能级非对称双量子阱电磁诱导透明(EIT)介质模型,并研究了弱探测光在体系的线性吸收和非线性传播性质。结果表明,当两束控制光均开启后,体系的线性吸收特征曲线呈现出双EIT窗口。有趣的是,无论两束控制光的光强是否相等,所形成的双EIT窗口都呈对称分布。对于非线性情况,仅考虑低阶效应时体系所形成的光孤子并不能稳定地传播而是呈衰减状态;只有计及高阶效应时体系所形成的光孤子才能长距离稳定地传播,且光孤子可通过关闭和开启控制光进行存储和读取。同时还发现,体系所存取的光孤子幅度能通过控制光的光强进行调节。当保持第一控制光的光强不变时,所存取光孤子的幅度随着第二控制光光强的增大而增加;当保持第二控制光的光强不变时,所存取光孤子的幅度随着第一控制光光强的增大而降低。
非线性光学 光孤子的存储与读取 电磁诱导透明 半导体量子阱 光学学报
2023, 43(19): 1919001
1 华中科技大学 武汉光电国家研究中心&光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074
2 都柏林圣三一学院 物理学院,爱尔兰 都柏林
基于光学微谐振腔的自参考耗散克尔孤子(Dissipative Kerr Solitons, DKSs)有广泛的应用,如频率合成器、相干通信、天文光谱仪校准、精密测量、光学时钟、双梳光谱学等。倍频程DKS已在氮化硅和铌酸锂微谐振腔中实现,笔者提出了一种在氮化铝(AlN)微环谐振腔中通过单一泵浦直接产生倍频程DKS的简单方案。通过将两个谐振频率相近的模式TE00 和TE10分别作为泵浦谐振和辅助谐振模式,红失谐侧的辅助模式TE10可以有效地平衡孤子形成过程中的热拖曳效应。慢速扫描泵浦光波长可获得稳定的倍频程展宽的孤子梳,带宽为1100~2300 nm,孤子存在范围最大为10.4 GHz(83 pm)。这是首次在AlN平台上获得倍频程展宽的克尔光孤子。该方案在单一泵浦源下就可以获得稳定的倍频程光孤子以及宽的孤子访问窗口,不同于其他方案需要额外引入复杂的控制手段和设备。
微环谐振腔 四波混频 倍频程光频梳 光孤子 microring resonator four-wave mixing octave-spanning optical frequency comb optical soliton 红外与激光工程
2022, 51(5): 20220311
清华大学 精密仪器系 精密测量技术与仪器国家重点实验室,北京 100084
光学孤子是指一种通过非线性折射率势阱维持脉冲形状不变的光波,它广泛存在于光纤、飞秒激光器、参量振荡器等系统中。近年来,人们在相干泵浦下的高Q值微腔中也观测到了光孤子,这为研究光孤子性质提供了新的实验平台。又因为微腔光孤子在频域上对应高重频的光学频率梳,微腔光孤子的诞生也极大地推动了小型化光学频率梳的发展。微腔光孤子频率梳已经可以实现自参考锁定;这使得片上集成的光频合成器、光原子钟、波分复用光源、微腔光谱仪、微腔激光雷达等众多应用成为了可能。文中介绍了微腔光孤子的产生基础,特别是光孤子相互作用相关的研究,还讨论了基于微腔的双光梳测量在高速成像与中红外气体光谱分析上的应用。
光孤子 相干泵浦 微腔光频梳 双光梳测量 optical soliton coherent pump microcomb dual-comb measurements 红外与激光工程
2022, 51(5): 20220271
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Shanghai 200062, China
2 NYU-ECNU Institute of Physics at NYU Shanghai, Shanghai 200062, China
Light bullets (LBs) are localized nonlinear waves propagating in high spatial dimensions. Finding stable LBs and realizing their control are desirable due to the interesting physics and potential applications. Here, we show that nonlocal LBs generated in a cold Rydberg atomic gas via the balance among the dispersion, diffraction, and giant nonlocal Kerr nonlinearity contributed by long-range Rydberg-Rydberg interaction can be actively manipulated by using a weak gradient magnetic field. Nonlocal LBs are generated by a balance among dispersion, diffraction, and large nonlocal Kerr nonlinearities contributed by long-range Rydberg-Rydberg interactions. Here, we find that active manipulation can be achieved by weak gradient magnetic fields in cold Rydberg atomic gases. Especially, the LBs may undergo significant Stern–Gerlach deflections, and their motion trajectories can be controlled by adjusting the magnetic-field gradient. The results reported here are helpful not only for understanding unique properties of LBs in nonlocal optical media but also for finding ways for precision measurements of magnetic fields.
nonlinear optics optical soliton Rydberg atom Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 041902
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210560
1 山西大学理论物理研究所, 山西 太原 030006
2 太原师范学院, 物理系, 山西 晋中 030619
基于非线性分数薛定谔方程(NLFSE)研究分数衍射非线性PT对称波导中的光学模式以及它们的稳定性。首先运用平方算符方法给出具有分数衍射效应的非线性PT对称波导中的光学模式。在此基础上, 通过线性稳定性分析方法研究分数衍射效应和非厄米性对这些光学模式稳定性的影响, 同时应用分步傅里叶方法对线性稳定和不稳定的光学模式的动力学进行数值模拟。结果表明, 在分数衍射效应非线性PT对称系统中存在基态、第一、第二、第三激发态光学模式。随着势函数虚部调制深度的增加, 基态和第一激发态是线性稳定的, 而第二和第三激发态模式由线性稳定转为线性不稳定。
分数衍射 PT对称 光学孤子 稳定性 Fractional diffraction PT symmetric Optical soliton Stability
研究了非相干耦合光束在损耗介质中的传输特性。采用变分法导出了介质损耗条件下非相干耦合光束的振幅、间距、相位、传播速度等参数演化方程组, 在此基础上经变换得到了两空间光孤子的相互作用势能和相互作用力表达式, 并结合画图分析了介质损耗对孤子的传输及相互作用的影响。研究表明介质损耗减慢了孤子相位的变化速度; 介质损耗还使孤子相互作用随传输距离呈现指数型衰减, 长距离传输可能会导致孤子对的变形崩溃; 孤子间的相互作用存在最大值, 当孤子间距大于某一定值时, 两孤子会互不干扰地独立传输。
非线性光学 空间光孤子 变分法 非相干耦合 损耗 nonlinear optics spatial optical soliton variational principle incoherently coupled loss
华南师范大学广东省纳米光子功能材料与器件重点实验室, 广州市特种光纤光子器件及应用重点实验室, 广东 广州 510006
回顾了锁模光纤激光器中各种孤子动力学特性的研究状况,介绍了近年来基于色散傅里叶变换(DFT)技术的超快光纤激光器孤子瞬态动力学特性的研究进展,分析了同时利用时间透镜和DFT技术的超快现象多尺度探测,这些均有助于更全面地了解光孤子的物理本质。实时测量技术的发展必将极大地激发研究人员探索孤子动力学特性的热情,进一步促进孤子动力学特性研究和超快激光技术的发展。
超快光学 超快激光器 光孤子 非线性现象 瞬态动力学 色散傅里叶变换技术 激光与光电子学进展
2019, 56(7): 070006
1 华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 华南师范大学信息光电子科技学院, 广东 广州 510006
在量子力学的微扰理论框架下,利用微扰法求解得到了1+2维强非局域非线性介质——铅玻璃中二阶微扰修正的“类拉盖尔高斯型”涡旋孤子的近似解析解。从非局域非线性薛定谔方程(NNLSE)出发,以铅玻璃中的真实折射率与Snyder-Mitchell(SM)模型中描述的抛物线型折射率的差值为微扰,以SM模型中的拉盖尔高斯孤子解为基态解,求得了铅玻璃材料中二阶微扰修正的“类拉盖尔高斯型”涡旋孤子的解析解。拓扑荷值分别为1、2、3、4的微扰修正的“类拉盖尔高斯型”光孤子比未加微扰的拉盖尔高斯型光孤子更稳定,非常接近孤子真解的传输行为。
非线性光学 空间光孤子 微扰理论 拉盖尔高斯 铅玻璃