非线性贝塞尔光束的呼吸和碰撞

发布时间：2021-07-23 10:46

　　实验上观测了贝塞尔光束在饱和非线性介质中的呼吸传输行为,出射光斑的时间演化过程验证了其传播存在呼吸现象。结合怪波形成的线性几何会聚理论和非线性诱导理论,进一步通过实验设计,使具有一定间隔的两束贝塞尔光束以一定夹角入射,当两个贝塞尔呼吸子在出射面碰撞时,可获得一个巨峰,该巨峰的峰值能量为线性情况下的3.1倍。此光斑的高峰值特性和反相位边锋的分布特性与怪波的基本特性吻合。相应的数值模拟结果与实验结果也表现出很好的一致性。研究结果为光怪波的形成提供了一种有效的线性和非线性相结合的设计方法,对海洋怪波的研究有一定的借鉴意义。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(13)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

光呼吸子实验装置

利用上述实验装置进行光呼吸子实验,结果如图2所示,入射类贝塞尔光主峰的半峰全宽(FWHM)约为29 μm,线性条件下光束在晶体的后表面以30 μm半峰全宽出射。通过逐渐增大外加电场来观察后表面光斑的变化情况。发现随着非线性的增加,自聚焦效应使得光斑收缩。当外加电场E=900 V·cm-1时,出现第一个光束半径最小值,如图2所示,此时的半峰全宽为20 μm。随着外加电场的增加,光斑又开始变大。饱和非线性不同于Kerr非线性瞬时响应,它有一定的建立过程。这一特性有助于观测晶体内部的光束演化过程,即通过观测晶体后表面的时间建立过程,反推晶体内部光束的传播过程。给定外加电场E=1500 V·cm-1,出射光半峰全宽随时间T的变化如图3所示。开始阶段,光束在自聚焦效应下快速收缩减小且半峰全宽在6 s内达到最小值20 μm,非线性随时间进一步增加,光斑的最小束腰进一步减小,光斑向晶体前表面移动。由于光斑变小,衍射加剧,因此后表面的光斑反而变大。变大后的光斑又在晶体后半段的自聚焦效应下开始发生收缩,直至非线性达到饱和,晶体后表面光斑的半峰全宽最终稳定在23 μm。通过以上实验分析,验证了类贝塞尔光在晶体中的呼吸式非线性传播过程。

饱和非线性不同于Kerr非线性瞬时响应,它有一定的建立过程。这一特性有助于观测晶体内部的光束演化过程,即通过观测晶体后表面的时间建立过程,反推晶体内部光束的传播过程。给定外加电场E=1500 V·cm-1,出射光半峰全宽随时间T的变化如图3所示。开始阶段,光束在自聚焦效应下快速收缩减小且半峰全宽在6 s内达到最小值20 μm,非线性随时间进一步增加,光斑的最小束腰进一步减小,光斑向晶体前表面移动。由于光斑变小,衍射加剧,因此后表面的光斑反而变大。变大后的光斑又在晶体后半段的自聚焦效应下开始发生收缩,直至非线性达到饱和,晶体后表面光斑的半峰全宽最终稳定在23 μm。通过以上实验分析,验证了类贝塞尔光在晶体中的呼吸式非线性传播过程。贝塞尔光束在SBN晶体中的非线性传播可以通过NLSE描述为


本文编号：3299146