實驗上觀測了貝塞爾光束在飽和非線性介質(zhì)中的呼吸傳輸行為,出射光斑的時間演化過程驗證了其傳播存在呼吸現(xiàn)象。結(jié)合怪波形成的線性幾何會聚理論和非線性誘導(dǎo)理論,進(jìn)一步通過實驗設(shè)計,使具有一定間隔的兩束貝塞爾光束以一定夾角入射,當(dāng)兩個貝塞爾呼吸子在出射面碰撞時,可獲得一個巨峰,該巨峰的峰值能量為線性情況下的3.1倍。此光斑的高峰值特性和反相位邊鋒的分布特性與怪波的基本特性吻合。相應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果也表現(xiàn)出很好的一致性。研究結(jié)果為光怪波的形成提供了一種有效的線性和非線性相結(jié)合的設(shè)計方法,對海洋怪波的研究有一定的借鑒意義。 

【文章來源】：光學(xué)學(xué)報. 2020,40(13)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

光呼吸子實驗裝置

利用上述實驗裝置進(jìn)行光呼吸子實驗,結(jié)果如圖2所示,入射類貝塞爾光主峰的半峰全寬(FWHM)約為29 μm,線性條件下光束在晶體的后表面以30 μm半峰全寬出射。通過逐漸增大外加電場來觀察后表面光斑的變化情況。發(fā)現(xiàn)隨著非線性的增加,自聚焦效應(yīng)使得光斑收縮。當(dāng)外加電場E=900 V·cm-1時,出現(xiàn)第一個光束半徑最小值,如圖2所示,此時的半峰全寬為20 μm。隨著外加電場的增加,光斑又開始變大。飽和非線性不同于Kerr非線性瞬時響應(yīng),它有一定的建立過程。這一特性有助于觀測晶體內(nèi)部的光束演化過程,即通過觀測晶體后表面的時間建立過程,反推晶體內(nèi)部光束的傳播過程。給定外加電場E=1500 V·cm-1,出射光半峰全寬隨時間T的變化如圖3所示。開始階段,光束在自聚焦效應(yīng)下快速收縮減小且半峰全寬在6 s內(nèi)達(dá)到最小值20 μm,非線性隨時間進(jìn)一步增加,光斑的最小束腰進(jìn)一步減小,光斑向晶體前表面移動。由于光斑變小,衍射加劇,因此后表面的光斑反而變大。變大后的光斑又在晶體后半段的自聚焦效應(yīng)下開始發(fā)生收縮,直至非線性達(dá)到飽和,晶體后表面光斑的半峰全寬最終穩(wěn)定在23 μm。通過以上實驗分析,驗證了類貝塞爾光在晶體中的呼吸式非線性傳播過程。

飽和非線性不同于Kerr非線性瞬時響應(yīng),它有一定的建立過程。這一特性有助于觀測晶體內(nèi)部的光束演化過程,即通過觀測晶體后表面的時間建立過程,反推晶體內(nèi)部光束的傳播過程。給定外加電場E=1500 V·cm-1,出射光半峰全寬隨時間T的變化如圖3所示。開始階段,光束在自聚焦效應(yīng)下快速收縮減小且半峰全寬在6 s內(nèi)達(dá)到最小值20 μm,非線性隨時間進(jìn)一步增加,光斑的最小束腰進(jìn)一步減小,光斑向晶體前表面移動。由于光斑變小,衍射加劇,因此后表面的光斑反而變大。變大后的光斑又在晶體后半段的自聚焦效應(yīng)下開始發(fā)生收縮,直至非線性達(dá)到飽和,晶體后表面光斑的半峰全寬最終穩(wěn)定在23 μm。通過以上實驗分析,驗證了類貝塞爾光在晶體中的呼吸式非線性傳播過程。貝塞爾光束在SBN晶體中的非線性傳播可以通過NLSE描述為


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