超短脉冲照射下体光栅衍射的研究

• 作 者: 杨晨
• 机 构: 上海大学
• 出 处: 上海大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 透射型体光栅 飞秒脉冲 超短脉冲 光栅衍射

随着信息技术的迅猛发展、信息量的指数式增长，传统的信息存储与处理能力的发展面临严峻的考验。光子作为信息的载体，具有超大的信息容量和极快的时间响应能力，因此光学信息处理技术受到了越来越多的关注。基于体光栅的信息处理技术也成为研究热点之一。体光栅技术的广泛应用一方面归功于1969年Kogelnik耦合波理论的建立，另一方面是高质量体光栅制作技术的改善。近年，随着超短脉冲激光器的应用，超短脉冲诱导体光栅和体光栅对超短脉冲的衍射在光脉冲整形、发展新型的光信息处理器件方面发挥了重要作用。在本论文中，作者研究了超短脉冲光照射透射型体光栅的衍射问题，主要研究内容包括以下两个方面：
(1)在考虑材料色散情况下，研究了飞秒激光读出透射型体光栅时，光栅的不同参数对衍射光强谱和总衍射效率的影响。基于Kogelnik连续光衍射效率公式，推导了飞秒脉冲光读出透射型光折变体光栅的衍射强度谱与总衍射效率表达式。并以InP:Fe晶体为例，通过数值模拟比较了在考虑材料色散与不考虑材料色散的情况下，飞秒脉冲通过透射体光栅的衍射特性随光栅常数∧，光栅厚度d和脉冲脉宽Δτ的变化，结果表明材料色散会降低衍射强度与总衍射效率。当读取脉冲宽度较小，或光栅周期较小，或光栅厚度较大的情况下，材料色散对衍射的影响更加明显。
(2)研究飞秒激光通过透射型体光栅的衍射光强和透射光强的瞬时变化。基于Kogelnik耦合波方程，推导出飞秒脉冲光通过透射型体光栅的衍射光强和透射光强随时间变化的表达式。重点研究了折射率调制度Δn0和光栅厚度d对衍射与透射脉冲的影响。研究发现，当折射率调制度增加时，衍射脉冲数目出现了由单脉冲向双脉冲再向多脉冲转化的现象。随着折射率调制度的进一步增加，脉冲数目又变回一个。而在体光栅厚度增大时，衍射脉冲的波形逐渐从高斯分布转换脉冲峰值出现平顶的情况，随着d的进一步增加，脉冲峰值中间会出现凹陷，且凹陷随着d的增加而增加。