1 山东大学光学高等研究中心, 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
2 山东大学信息科学与工程学院, 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
太赫兹参量源是一种激光驱动的太赫兹辐射源, 它具有高相干性、可调谐、室温运转等优点。在简要介绍太赫兹参量源的基本原理后, 重点总结了近年来国内外对太赫兹参量源的代表性研究成果, 主要包括: 1) 太赫兹参量源中常用的几种非线性晶体, 包括铌酸锂、磷酸钛氧钾、砷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷; 2) 大单脉冲能量太赫兹参量源, 主要产生方法包括使用垂直表面出射结构、使用环形腔、增加非线性晶体损伤阈值等, 目前报道的最大单脉冲能量达到 17 μJ; 3) 高平均功率太赫兹参量源, 主要产生方法包括使用半导体激光器侧面泵浦激光器、兼顾提高泵浦光脉冲能量和脉冲重复频率等, 目前报道的最大平均功率为 367 μW; 4) 太赫兹参量源的理论模拟, 主要包括以耦合波方程为基础的, 分别针对太赫兹参量产生器、种子注入式太赫兹参量产生器、内腔泵浦与外腔泵浦太赫兹参量振荡器建立的理论模型。
非线性光学 受激电磁耦子散射 太赫兹参量源 非线性晶体 耦合波方程 nonlinear optics stimulated polariton scattering terahertz parametric source nonlinear crystal coupled wave equations
1 天津理工大学理学院, 天津 300384
2 中国电子科技集团公司第十八研究所, 天津 300384
在平面波近似下,由波动方程和拉曼介质的物质方程出发,忽略受激拉曼散射的瞬态效应,得到了描述外腔泵浦反斯托克斯激光器中一阶反斯托克斯光、泵浦光和一至三阶斯托克斯光相互作用的耦合波方程。引入归一化参量对方程组进行归一化处理,通过对归一化耦合波方程组进行数值求解,分析了归一化拉曼增益系数、归一化泵浦脉冲宽度和归一化波失配对外腔泵浦反斯托克斯激光器性能的影响。将实验数据代入耦合波方程中进行了验证,理论估算出的反斯托克斯光转化效率与文献报道数据基本一致,证明了该理论模型的正确性。通过分析理论计算结果提出了提高外腔泵浦反斯托克斯激光器转化效率的途径及辅助激光器设计的方法。
激光器 反斯托克斯散射 四波混频 外腔泵浦 耦合波方程 归一化理论
量子光学与光量子器件国家重点实验室,激光光谱研究所,山西 太原 030006
基于外部谐振腔可以实现两基频激光的高效和频转换,通常可以采用泵浦不消耗近似(PUA)或小信号近似(SSA)来理论模拟实验结果。然而当基频光功率相近且转换效率较高时,此两种近似的误差就会变得不可接受,然而三波耦合波方程(TWCE)解析解通常需要进行椭圆积分,直接数值求解就变得简单易行。本文首先基于龙格-库塔方法求解准相位匹配下的TWEC,并与PUA和SSA下的解析解进行比较分析,确定了两种近似的适用条件;最后基于该精确数值解结合腔模理论对外腔高效和频对腔模线型的影响进行了研究。
三波耦合波方程 和频转换 数值计算 three waves coupled wave equation sum-frequency generation numerical calculation
华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003
将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,利用由传感脉冲和经微波调制的预泵浦脉冲组成的阶梯脉冲作调制信号,通过作为探测光的时间有限的预泵浦脉冲1阶边带的瑞利散射与传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的时域整形,减小非本地效应; 通过预泵浦脉冲0阶基带和传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的谱域整形,有效地解决空间分辨率和测量精度之间的矛盾。利用频域法求解瞬态耦合波方程,建立了阶梯脉冲光在光纤中受激布里渊作用的解析模型。仿真结果表明,当传感脉冲宽度为5 ns、峰值功率为100 mW,预泵浦脉冲宽度为50 ns、峰值功率为16 mW时,在空间分辨率0.5 m内受激布里渊散射增益在0.14 m处达到最大值,然后近似线性下降至0.37 m处,其余位置近似为零; 系统布里渊散射谱宽近似为35 MHz,约为传统瑞利布里渊光时域分析系统布里渊谱宽212 MHz的1/6,在相同空间分辨率下提高了频率测量精度。
布里渊光时域分析 脉冲预泵浦 瑞利散射 信号整形 瞬态受激布里渊耦合波方程 Brillouin optical time domain analysis pulsed pre-pump Rayleigh scattering signal reshaping transient stimulated Brillouin coupled wave equati 红外与激光工程
2016, 45(8): 0822005
华北电力大学电子与通信工程系, 河北保定 071003
本文研究了布里渊回波分布式光纤传感系统的原理, 采用微扰法推导了瞬态受激布里渊散射(SBS)耦合波方程组, 求得了 SBS作用的瞬态解。利用 Matlab仿真研究了不同脉冲调制的布里渊光时域分析(BOTDA)系统中 SBS过程的布里渊增益曲线, 并对传感系统的三维增益谱进行了仿真与分析, 结果表明基于亮脉冲调制、暗脉冲调制、π-相位脉冲调制的 BOTDA系统具有高的布里渊增益和窄的布里渊线宽, 同时能够实现高的空间分辨率, 其中π-相位脉冲调制时可获得最大的布里渊增益。
布里渊回波 SBS耦合波方程组 微扰法 π-相位脉冲调制 Brillouin echo SBS coupled wave equation perturbation method π-phase pulse modulation
数值计算了LBO晶体中基频光波长为1064 nm时,在I类倍频相位匹配范围内所有匹配方向上慢、快光的走离角、互作用角和折射率。基频慢光的走离角范围为0°~1.35°,倍频快光的走离角范围为0°~1.52°,慢快光互作用角范围为0°~1.15°;在不忽略三波走离角、互作用角以及折射率的变化的情况下,数值求解了三波耦合波方程及在各相位匹配方向上倍频转化效率随通光长度的变化规律。结果表明,在匹配方向约为(42.2°,19°)时转化效率达到极大值,约为3.35%。在每一匹配角方向上,其转化效率与通光长度的平方成正比。
非线性光学 匹配角 转化效率 数值计算 耦合波方程 激光与光电子学进展
2011, 48(12): 121602
1 西安邮电学院 电子工程学院, 西安 710121
2 陕西师范大学 物理学与信息技术学院, 西安 710062
利用线性对称耦合器两个波导中光场的电矢量构建了布洛赫矢量模型.通过布洛赫矢量的旋转变化使得光在两个波导通道中“跃迁”的过程非常直观.研究发现,随着线性对称耦合器的相位失配变得越严重,光能量在波导间的转换频率增快且转换效率降低,与传统的求解线性对称耦合器耦合波方程所得到的结果是一致的.
光学开关 线性对称耦合器 耦合波方程 布洛赫矢量 Optical switching Linear symmetric coupler Coupled-wave equation Bloch vector
桂林电子科技大学 信息与通信学院, 广西 桂林541004
文章首先介绍多频声光衍射的原理, 然后推导Bragg声光介质的声光衍射耦合波方程, 并结合该声光波矢量的分析, 定量和定性地讨论了衍射效率、波矢量失配和三阶互调等多频衍射效应。实验表明, 各种效应都能很好地与Bragg理论极限相吻合。
多频声光衍射 耦合波方程 交叉调制 互调强度 衍射效率 multifrequency acoustooptic diffraction coupled wave formula cross modulation intermodulation intensity diffraction efficiency
1 电子科技大学 物理电子学院,成都 610054
2 电子科技大学 中山学院,广东 中山 528402
根据耦合波理论,推导出轴对称渐变波导中,考虑波导壁损耗时的多模传输时域耦合波方程组,并给出该方程组中各模式间耦合系数的具体表达式。据此编写了渐变波导中多模传输特性数值模拟程序。利用该程序计算了在THz波段圆波导中的模式衰减,在THz波段研究波导中的多模传输特性时,必须考虑波导壁的阻抗损耗影响。数值分析了直波导中的模式耦合问题,从而证实了波导壁有限电导率能产生模式耦合这一耦合机制。介绍了利用该程序数值分析波导耦合器和过渡器中多模传输特性的两个例子,利用该程序可对波导耦合器和过渡器中的多模传输特性进行数值模拟分析,进而对结构进行设计和优化。
太赫兹 渐变波导 传输特性 耦合波方程 阻抗边界 耦合器 过渡器 Terahertz tapering circular waveguide transmission property coupling wave equation impedance boundary waveguide couplers waveguide transitions
上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240
利用传输矩阵法和龙格-库塔法分析光纤布喇格光栅的反射谱和时延特性,无法得到输入信号变化时光栅的动态响应。为了计算光纤光栅的动态响应,利用坐标变换结合有限差分法求解耦合波方程,在此基础上计算了光纤布喇格光栅在连续波与高斯脉冲输入的动态响应特性,并与龙格-库塔法比较,结果证明了此算法的正确性。可以利用本文中提出的方法分析输入信号在光纤光栅中的动态传输特性。
光纤光学 光纤布喇格光栅 耦合波方程 坐标变换 有限差分法 fiber optics fiber Bragg grating coupled-mode equation coordinate transformation finite difference