非线性介质中强光对弱光聚焦的控制研究

林峰; 谭超; 周元; 傅喜泉

doi:10.7498/aps.62.144208

摘要

从理论和实验上分析了强光控制弱光脉冲聚焦的方法, 该方法可以灵活地控制弱光的聚焦过程和特性. 通过研究两光束共同传输, 利用强抽运光在相互作用时为弱探测光提供诱导非线性效应, 从而使弱探测光发生聚焦. 得到了在抽运光保持不变情况下探测光的解析解, 并在实验上得到验证. 进一步研究了强抽运光对弱探测光焦点位置的影响. 结果显示: 通过改变抽运光功率、束宽能够有效地控制弱探测光的聚焦过程和焦点位置.

关键词:

In this paper, we theoretically and experimentally investigate the controllable nonlinear focusing of the weak laser beam on the basis of the induced nonlinear effects by another strong pump laser beam. When couple laser beams co-propagate in the Kerr medium, it is possible to change the refractive index by the pump beam, and the locally changing medium in turn modifies the weaker probe beam. Depending on cross-phase modulation theory, we obtain an exact analytical solution to the model under the approximate condition and qualitatively verify it in experiment. The results show that the weaker probe beam can be induced to focus at any position due to induced nonlinear effects from the stronger pump beam under certain conditions.

Keywords:

作者及机构信息

1.
湖南大学信息科学与工程学院, 微纳光电器件及应用教育部重点实验室, 长沙 410082

基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20110161110012)和湖南省自然科学基金(批准号: 12JJ7005)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory for Micro/Nano Optoelectronic Devices of Ministry of Education, College of Information Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China

Funds: Project supported by the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20110161110012) and the Natural Science Foundation of Hunan Province, China (Grant No. 12JJ7005).

参考文献

[1]	Chiao R Y, Garmire E, Townes C H 1964 Phys. Rev. Lett. 13 479
[2]	Shim B, Schrauth S E, Gaeta A L 2011 Opt. Express 19 9118
[3]	Wang C H, Zhang L F, Fu X Q, Wen S C 2010 Acta Phys. Sin. 59 6224 (in Chinese) [王灿华, 章礼富, 傅喜泉, 文双春 2010 59 6224]
[4]	Luo Q, Xu H L, Hosseini S A, Daigle J F, Theberge F, Sharifi M, Chin S L 2006 Appl. Phys. B 82 105
[5]	Houard A, Amico C D', Liu Y, Andre Y B, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Salmon E, Pierlot P, Cleon L M 2007 Appl. Phys. Lett. 90 171501
[6]	Amico C D', Houard A, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Couairon A, Tikhonchuk V T 2007 Phys. Rev. Lett. 98 235002
[7]	Liu H, Fu X Q, Hou Y C, Deng J Q 2010 Proc. of SPIE 7843 78430N
[8]	Rubenchik A M, Fedoruk M P, Turitsyn S K 2009 Phys. Rev. Lett. 102 233902
[9]	Stegeman G I Segev M 1999 Science 286 1518
[10]	Manassah J T 1990 Opt. Lett. 15 670
[11]	Li B, Lou S Q, Tan Z W, Su W 2012 Acta Phys. Sin. 61 194203 (in Chinese) [李博, 娄淑琴, 谭中伟, 苏伟 2012 61 194203]
[12]	Jiang X J, Li H G, Guo Q, Hu W 2005 Acta Phys. Sin. 53 3771 (in Chinese) [江秀娟, 李华刚, 郭旗, 胡巍 2005 53 3771]
[13]	Tian Y, Lui C Y, Guo Q 2002 Acta Phys. Sin. 51 1057 (in Chinese) [田野, 刘承宜, 郭旗 2002 51 1057]
[14]	Hu W, Li H G, Guo Q 2004 Acta Phys. Sin. 53 3771 (in Chinese) [胡巍, 李华刚, 郭旗2004 53 3771]
[15]	Shim B, Schrauth S E, Hensley C J, Vuong L T, Hui P, Ishaaya A A, Gaeta A L 2010 Phys. Rev. A 81 061803
[16]	Shi L P, Li W X, Wang Y D, Lu X, Ding L, Zeng H P 2011 Phys. Rev. Lett. 107 095004
[17]	Zhou J, Ren H D, Feng Y P 2010 Acta Phys. Sin. 59 3992 (in Chinese) [周俊, 任海东, 冯亚萍 2010 59 3992]
[18]	Liao Q H, Zhang X, Xia Q, Yu T B, Chen S W, Liu N H 2013 Acta Phys. Sin. 62 044220 (in Chinese) [廖清华, 张旋, 夏全, 于天宝, 陈淑文, 刘念华 2013 62 044220]

施引文献

[1]	Chiao R Y, Garmire E, Townes C H 1964 Phys. Rev. Lett. 13 479
[2]	Shim B, Schrauth S E, Gaeta A L 2011 Opt. Express 19 9118
[3]	Wang C H, Zhang L F, Fu X Q, Wen S C 2010 Acta Phys. Sin. 59 6224 (in Chinese) [王灿华, 章礼富, 傅喜泉, 文双春 2010 59 6224]
[4]	Luo Q, Xu H L, Hosseini S A, Daigle J F, Theberge F, Sharifi M, Chin S L 2006 Appl. Phys. B 82 105
[5]	Houard A, Amico C D', Liu Y, Andre Y B, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Salmon E, Pierlot P, Cleon L M 2007 Appl. Phys. Lett. 90 171501
[6]	Amico C D', Houard A, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Couairon A, Tikhonchuk V T 2007 Phys. Rev. Lett. 98 235002
[7]	Liu H, Fu X Q, Hou Y C, Deng J Q 2010 Proc. of SPIE 7843 78430N
[8]	Rubenchik A M, Fedoruk M P, Turitsyn S K 2009 Phys. Rev. Lett. 102 233902
[9]	Stegeman G I Segev M 1999 Science 286 1518
[10]	Manassah J T 1990 Opt. Lett. 15 670
[11]	Li B, Lou S Q, Tan Z W, Su W 2012 Acta Phys. Sin. 61 194203 (in Chinese) [李博, 娄淑琴, 谭中伟, 苏伟 2012 61 194203]
[12]	Jiang X J, Li H G, Guo Q, Hu W 2005 Acta Phys. Sin. 53 3771 (in Chinese) [江秀娟, 李华刚, 郭旗, 胡巍 2005 53 3771]
[13]	Tian Y, Lui C Y, Guo Q 2002 Acta Phys. Sin. 51 1057 (in Chinese) [田野, 刘承宜, 郭旗 2002 51 1057]
[14]	Hu W, Li H G, Guo Q 2004 Acta Phys. Sin. 53 3771 (in Chinese) [胡巍, 李华刚, 郭旗2004 53 3771]
[15]	Shim B, Schrauth S E, Hensley C J, Vuong L T, Hui P, Ishaaya A A, Gaeta A L 2010 Phys. Rev. A 81 061803
[16]	Shi L P, Li W X, Wang Y D, Lu X, Ding L, Zeng H P 2011 Phys. Rev. Lett. 107 095004
[17]	Zhou J, Ren H D, Feng Y P 2010 Acta Phys. Sin. 59 3992 (in Chinese) [周俊, 任海东, 冯亚萍 2010 59 3992]
[18]	Liao Q H, Zhang X, Xia Q, Yu T B, Chen S W, Liu N H 2013 Acta Phys. Sin. 62 044220 (in Chinese) [廖清华, 张旋, 夏全, 于天宝, 陈淑文, 刘念华 2013 62 044220]

[1]	范海玲, 郭志坚, 李明强, 卓红斌. 等离子体中涡旋光束自聚焦与成丝现象的模拟研究. , 2023, 72(1): 014206. doi: 10.7498/aps.72.20221232
[2]	余佳益, 陈亚红, 蔡阳健. 非均匀拉盖尔-高斯关联光束及其传输特性. , 2016, 65(21): 214202. doi: 10.7498/aps.65.214202
[3]	王承伟, 赵全忠, 张扬, 王关德, 钱静, 鲍宗杰, 李阳博, 柏锋, 范文中. 偏振对飞秒激光辐照LiF晶体的影响. , 2015, 64(20): 205204. doi: 10.7498/aps.64.205204
[4]	陈雪琼, 陈子阳, 蒲继雄, 朱健强, 张国文. 平顶光束经表面有缺陷的厚非线性介质后的光强分布. , 2013, 62(4): 044213. doi: 10.7498/aps.62.044213
[5]	苏东, 唐昌建. 相对论电子束在动态加载等离子体中的自聚焦传输. , 2012, 61(4): 042501. doi: 10.7498/aps.61.042501
[6]	张晓荷, 王冬杰, 夏海平. 卟啉铜接枝SiO2有机-无机复合材料及强的非线性折射率. , 2011, 60(2): 024210. doi: 10.7498/aps.60.024210
[7]	董克攻, 谷渝秋, 朱斌, 吴玉迟, 曹磊峰, 何颖玲, 刘红杰, 洪伟, 周维民, 赵宗清, 焦春晔, 温贤伦, 张保汉, 王晓方. 超强飞秒激光尾波场加速产生58 MeV准单能电子束实验. , 2010, 59(12): 8733-8738. doi: 10.7498/aps.59.8733
[8]	康轶凡, 卢克清, 忽满利, 康晓辉, 张美志, 王超, 周利斌, 陈幸. LiNbO3晶体中光伏亮孤子实验研究. , 2008, 57(6): 3547-3552. doi: 10.7498/aps.57.3547
[9]	郭璐, 卫栋, 陈海霞, 熊德智, 王鹏军, 张靖. 铷原子热蒸气中强非线性效应产生激光模式图样的实验研究. , 2008, 57(7): 4224-4229. doi: 10.7498/aps.57.4224
[10]	刘军, 陈晓伟, 刘建胜, 冷雨欣, 朱毅, 戴君, 李儒新, 徐至展. 负啁啾高强度飞秒脉冲在正常色散材料中传输特性研究. , 2006, 55(4): 1821-1826. doi: 10.7498/aps.55.1821
[11]	王伟民, 郑春阳. 超强短脉冲激光在不同密度分布等离子体中的自聚焦. , 2006, 55(1): 310-320. doi: 10.7498/aps.55.310
[12]	卓红斌, 胡庆丰, 刘杰, 迟利华, 张文勇. 超短脉冲激光与稀薄等离子体相互作用的准静态粒子模拟研究. , 2005, 54(1): 197-201. doi: 10.7498/aps.54.197
[13]	刘思敏, 赵红娥, 郭儒, 汪大云, 高垣梅, 黄春福, 陆猗. 测量光折变非线性参量动态行为的一种新方法. , 2004, 53(6): 1735-1741. doi: 10.7498/aps.53.1735
[14]	黄春福, 郭儒, 刘思敏, 舒强, 高垣梅, 汪大云, 刘照红, 张小华, 陆猗. 在LiNbO3:Fe晶体中暗辐照对光束从自散焦向自聚焦转换过程的影响. , 2004, 53(5): 1367-1372. doi: 10.7498/aps.53.1367
[15]	江秀娟, 李华刚, 郭　旗, 胡　巍. 双光束在自散焦介质中对向共同传输时的诱导聚焦. , 2004, 53(11): 3771-3776. doi: 10.7498/aps.53.3771
[16]	汪大云, 刘思敏, 陈晓虎, 赵红娥, 郭儒, 杨立森, 高垣梅, 黄春福, 陆猗. 非相干辐照对LiNbO3:Fe晶体光折变非线性的影响与控制作用. , 2003, 52(2): 395-400. doi: 10.7498/aps.52.395
[17]	刘思敏, 汪大云, 赵红娥, 李祖斌, 郭儒, 陆猗, 黄春福, 高垣梅. 从自散焦到自聚焦的动态转换和相位共轭亮空间孤子. , 2002, 51(12): 2761-2766. doi: 10.7498/aps.51.2761
[18]	江瑛, 刘思敏, 温海东, 张心正, 郭儒, 陈晓虎, 许京军, 张光寅. 光生伏打LiNbO3:Fe晶体从自散焦到等效“自聚焦”的动态转换. , 2001, 50(3): 483-488. doi: 10.7498/aps.50.483
[19]	文双春, 范滇元. 增益(损耗)介质中高功率激光束的小尺度自聚焦理论研究. , 2000, 49(7): 1282-1286. doi: 10.7498/aps.49.1282
[20]	方光宇, 宋瑛林, 王玉晓, 张学如, 曲士良, 李淳飞, 宋礼成, 胡青眉, 刘鹏程. 富勒烯衍生物中的自散焦、自聚焦及其相互转化. , 2000, 49(8): 1499-1502. doi: 10.7498/aps.49.1499

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