光参量产生及其光谱特性理论研究
Theoretical Investigation on Optical Parametric Generation and the Output Spectrum Characteristic
光参量产生是由抽运光子流和量子噪声在非线性晶体里的综合作用,其下转换光子具有时间、空间、偏振、频率等高度相关特性,具有从抽运光频率到晶格共振频率的宽光谱分布.光参量产生技术的应用研究涉及到光参量振荡和光参量放大、量子通信和光学计量等许多新的科学领域.该文主要对光参量产生及其光谱特性进行了系统的理论研究,主要内容及创新工作包括:1.光参量产生(OPG)基本理论分析:首先系统分析了光参量产生过程的物理机制-三波混频的耦合波方程,并理论推导了归一化的方程表达式和小信号近似解;接着分析了光参量产生的信号源-参量噪声的理论模型,然后详细讨论了基于BBO晶体的光参量产生过程中的相位匹配和相位失配,群速匹配和时间走离效应,并且给出了光参量产生的参量带宽和增益带宽的理论计算模型.2.基于单晶体高增益体制的光参量超荧光产生的理论分析,具体给出了最佳信号光波长成分的单脉冲能量的的理论计算模型.首先阐述了高增益体制的定义,计算了光参量噪声信号源的光强度;数值模拟了光参量产生过程中的光谱成分和对应的非共线角的变化范围,并且理论计算了群速失配最小时的最佳的光谱成分的变化曲线和最佳的非共线角度的变化曲线;利用小信号输入和高增益放大的光参量放大模型,充分考虑了影响光参量产生的过程的两个干扰源-波长的变化和非共线角度的变化,利用二重积分对光参量产生的能量进行了计算,最终给出了定性和定量的单脉冲能量计算结果.3.利用波长为0.532μm抽运光脉冲和BBO晶体在Ⅰ类(e→o+o)非共线相位匹配的特征参数,采用放大传递函数理论模拟和分析了基于自发参量下转换产生参量荧光的光谱分布特性,结果表明:对于非简并态,随着抽运光相位匹配角增大荧光单色成分(以波长为0.8μm为例)从晶体输出的角度变大,从而导致荧光空间强度角分布表现为增大趋势,而整个荧光光谱成分分布(以0.7μm-2.1μm为例)是从分散分布逐渐倾向于连续的弱分布的趋势;对于相位匹配角增大到某一范围内时,简并态附近出现荧光光谱具有宽带宽集中分布的特征,采用两种不同的抽运光脉冲(波长分别为0.532μm和0.4μm)进行对比分析发现在不同的抽运光脉冲情况下都存在此特征;关于相位匹配角的变化对于简并态附近光谱成分集中分布区域形状和强弱程度变化的敏感特征,同时采用放大传递函数和光谱成分概率分布函数两种不同理论的数值模拟结果一致,微小的相位匹配角变化导致其荧光光谱分布的显著变化.
- 作者：
- 卢宗贵
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 物理电子学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 赵卫；刘红军
- 中图分类号：
- O437
- 关键词：
- 光参量产生；光参量放大；参量荧光
- optical parametric generation；optical parametric amplification；parametric fluorescence