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光折变效应中若干问题的实验研究

王程  
【摘要】: 光折变效应能导致光折变材料的折射率在弱光作用下发生变化,在未来的光信息技术中有着广泛的应用前景。有关光折变材料的应用研究一直以来备受人们关注。随着材料技术的不断发展,光折变材料已由过去的非线性晶体发展为易于集成的半导体、薄膜、液晶等非线性材料。新型光折变材料的出现为今后的应用提供了坚实的基础,因此探索光折变效应在新领域的一些应用十分必要,本文正是基于此目的对光折变效应中的若干问题展开相关实验研究。 论文首先从Kukhtarev带输运模型出发,从理论上分析了光折变材料中的空间电荷场的建立及其调制折射率的过程。重点讨论了双光束耦合作用,从理论上分析了双光束耦合中的能量及相位耦合过程,从Bragg衍射角度定性分析了光折变体相位栅在能量耦合中所发挥的作用。然后介绍了光折变空间孤子的相关理论,分别讨论了自相位调制自聚焦机制形成的空间孤子及非线性相位耦合机制形成的空间孤子理论模型。通常又把通过非线性相位耦合机制形成的空间孤子称为全息孤子。本文介绍的全息孤子是基于双光束耦合作用形成的空间孤子,依据是否考虑损耗的影响,全息孤子又分为哈密顿全息孤子及耗散全息孤子。 本文首次提出了空间孤子的顶侧面观测法,该方法结合CCD图像采集技术和计算机软件处理技术,直观地分析了空间孤子的动态演化过程。该方法能够分析光束在传输过程中不同位置的强度最大值、半高全宽(FWHM)值及该处的能量值。通过该方法成功观测到光伏明孤子。对于耗散全息孤子的实验观测,由于存在能量耦合作用,因此不能直接采用该方法进行观测。本文结合光闸瞬间成像法及顶侧面观测法成功观测了耗散全息光伏明孤子。并分析了耗散全息孤子的相关特性,验证了全息波导的存在。依据双光束耦合理论,分析了外界微扰信息对干涉条纹与体相位栅之间相移角的影响。相移角的改变将直接导致两输出光之间的能量迅速发生变化。在两束入射光能量相同的条件下,一旦体相位栅形成,外界微扰信息将不会对体相位栅造成很大影响,微扰信息只是改变了相移角大小,避免了体相位栅的重建过程,因此体相位栅能够快速实现信号调制过程。 实验研究发现,外界微扰信息对两输出光的能量影响非常小,只占总能量的很小一部分。在经过光电探测后的信号中,调制信息属于交流成分,经过放大处理电路后便可提取出调制信号,两路输出光中包含的交流调制信号具有差分特性。利用该方法可实现高速光差分调制器件,该调制器用于探测传感领域可用来探测空气扰动,环境振动、瞬变压力等信息;该调制器用于空间光通信领域,可实现差分模式空间光通信,差分通信能有效克服共模干扰的影响。


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