基于慢光机理的新型干涉仪的理论研究

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随着慢光技术的快速发展,光速控制技术已经有很多种实现手段,并在光学延迟线、全光缓存、光通信、信息处理等多个领域的应用中取得了一定的进展。基于光速控制的干涉仪作为慢光技术的一个重要应用,可显著的提高其灵敏度或光谱分辨率。本文在分析研究了慢光机理及各类干涉仪的基础上,研究了两种基于慢光机理的干涉仪,主要内容包括以下几个方面:  基于慢光介质的高色散特性,研究了色散型慢光干涉仪。首先建立了该种色散型慢光干涉仪的模型,推导出梯形慢光介质干涉仪模型的光谱灵敏度,得到灵敏度与群折射率的变化关系。然后提出了一种适用于这种色散型慢光干涉仪的慢光介质—GaAs半导体材料,给出了其色散关系,并且通过模拟,得出利用GaAs作为慢光材料的慢光干涉仪在895nm至910nm范围内可以使灵敏度提高约5倍。同时指出介质的吸收不会影响灵敏度,但是会影响干涉条纹的反衬度。这可以通过在介质表面镀一层特殊的反射膜达到提高反衬度的目的。  利用慢光技术的大的群延迟特性,可以改进传统傅里叶变换干涉仪(FTI)。本文首先分析了慢光介质代替传统FTI移动反射镜的优势,并且从理论上给出了这种基于慢光技术的傅里叶变换干涉仪的基本方程,方程中傅里叶变换对不再是绝对频率与光学时间延迟,而是失谐量和群延迟。根据理论的要求设计了傅里叶变换慢光干涉仪(FTSI),同时给出了这种FTSI的分辨率,并且分析了吸收对分辨率的影响,给出了适用光谱范围。最后分析了改变饱和原子蒸气的温度实现FTSI群延迟的变化的方法,首次给出了FTSI介质群折射率与失谐量及温度的关系及其仿真结果。同时模拟出铷原子蒸气的色散特性、群折射率及透射率与失谐量的关系以及群延迟与温度的关系。通过计算得出在失谐量为1.7GHz时通过将温度从60度提高到120度时其光谱分辨率约为12MHz。
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