位相耦合色散效應(yīng)及光速調(diào)控研究.pdf

1、由于光速調(diào)控在可控光延遲器、非線性效應(yīng)增強(qiáng)、信息存儲和處理等方面的潛在應(yīng)用，以及對光傳播相關(guān)的物理學(xué)基本理論研究的重要意義，這方面的工作正吸引著科研工作者越來越多的注意力。利用介質(zhì)的共振增益和吸收，比如電磁感應(yīng)透明、相干粒子布居數(shù)振蕩、受激布里淵(或者拉曼)散射等，或者讓光脈沖通過共振的周期結(jié)構(gòu)，人們已經(jīng)可以實現(xiàn)光速減慢(v<,g>(c)和光速加快(v<,g>>c或者v<,g><0)。通過調(diào)節(jié)某些實驗參數(shù)，還可以實現(xiàn)光速調(diào)控。

2、本論文提出了一種基于波耦合過程中位相耦合系數(shù)的色散效應(yīng)實現(xiàn)光速控制的全新機(jī)制，從理論和實驗兩方面對光折變二波耦合過程中位相耦合系數(shù)的正常和反常色散效應(yīng)導(dǎo)致的光速減慢和加快進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容包括： 1、不失普遍性地以光折變二波耦合為例，推導(dǎo)得到在強(qiáng)位相耦合色散介質(zhì)中信號光群速度的通用表達(dá)式v<,g>=(aГ<,ph>/aω)<'-1>。通過理論計算，得到了硅酸鉍晶體內(nèi)二波耦合的位相和能量耦合系數(shù)的色散曲線和相應(yīng)的信號光群速

3、度的色散曲線。研究表明位相耦合系數(shù)在某些頻率范圍內(nèi)存在強(qiáng)烈的正常色散或者反常色散，利用它們分別可以實現(xiàn)光速減慢和光速加快。在位相耦合系數(shù)正常色散的區(qū)域，能量耦合系數(shù)可以超過硅酸鉍晶體的吸收系數(shù)，信號光在實現(xiàn)光速減慢的同時能量被放大。 2、理論上分析了耦合光總光強(qiáng)、晶體外加電場等實驗條件對二波耦合過程中位相耦合系數(shù)色散曲線和相應(yīng)光速色散曲線的影響。結(jié)果表明它們對實現(xiàn)光速減慢的頻率窗口的寬度以及在其中能夠觀察到的最低光速均有影響，通

4、過調(diào)節(jié)這些實驗參數(shù)可以實現(xiàn)光速的控制，甚至光速在超慢光速和超光速之間的轉(zhuǎn)變。 3、利用調(diào)制的方法，實驗上測量了正弦光脈沖序列在硅酸鉍晶體中的群速度。觀察到了光速為0.05 m/s的超慢光。研究了泵浦光光強(qiáng)和晶體外加電場對光速色散曲線的影響，實驗結(jié)果與理論預(yù)言符合得很好。通過調(diào)節(jié)泵浦光頻移量、泵浦光光強(qiáng)和晶體外加電場等實驗條件，實現(xiàn)了光速大范圍的調(diào)控，甚至光速在超慢光速和超光速之間的轉(zhuǎn)變。 4、實驗上研究了單個高斯光脈沖在

5、泵浦光輻照的硅酸鉍晶體中傳播的性質(zhì)。同樣實現(xiàn)了光速減慢(v<,g>=0.5 m/s)和光速加快(v<,g>=-2.6 m/s)。研究表明泵浦光光強(qiáng)與最低光速之間的對應(yīng)關(guān)系與正弦脈沖序列的情形稍有不同，有可能在較高的光強(qiáng)下實現(xiàn)較低的最低光速。另外，脈沖的寬度對能夠?qū)崿F(xiàn)的最低光速也有很大的影響。重點分析了單個光脈沖通過泵浦光輻照的硅酸鉍晶體之后波形發(fā)生形變的原因，提出了抑制的方法。介紹了關(guān)于光速加快是否違背狹義相對論和因果關(guān)系的討論。