光学双稳态实验中的非线性材料-非线性光学与光子学

对用于光学双稳态装置的非线性介质的基本要求，首先是在入射光作用下有尽可能大的光致折射率变化，其次是介质对入射光的衰减影响要尽可能小，最后是折射率变化的时间响应要尽可能快。上述第一个要求是最具有挑战性的，这是因为对大部分已知的对入射光透明的光学材料而言，在强光作用下的折射率变化量通常有Δn＜10-5，因此必须借助某种（单光子、双光子或拉曼跃迁）共振增强机制，还要尽可能避免光热效应的影响。

图11-8　腔内充有CS2液体的F-P装置在不同初始相位条件下的输入、输出光强，感应相位移动随时间的变化（左）及其对应的工作特性曲线（右）［7］

（a）初始相位Δφ0=0；（b）Δφ0=-0.1π；（c）Δφ0=-0.2π

到目前为止，已有相当数量的光学材料曾被用于双稳态的实验研究，它们可总括为以下的几大类：

（1）半导体，包括块状和薄膜状晶体，如GaAs［8，17］，InSb［9，18～20］，InAs［21］，PbSnSe［22，23］，PbSnTe［24］，CdHgTe［25，26］，CuCl［27］；多重量子阱（MQW）材料如GaAs-AlGaAs［28］，InGaAs-InAlAs［29］，ZnSe-ZnS等［30］。(www.xing528.com)

（2）半导体或有机光波导，如半导体波导GaAs/AlGaAs［31］，GaAlAs［32］，ZnSe［33］，InGaAs/InP［34］，InP/InGaAsP［35］；聚合物薄膜波导等［36，37］。

（3）光学滤波片，如一些干涉滤光片［38～41］，还有一些半导体掺杂的玻璃滤光片等［42～44］。

（4）液晶，如MBBA（处于各向同性相态）［6，7］，PCB（向列相）［45］，5CB（向列相）［46，47］，K15（向列相）［48，49］以及MOOBB（近晶相）等［50］。

（5）其他材料，如金属蒸气Na［4，51］和Rb［52］，分子气体NH3［53］和SF6［54］，染料溶液BDN［55，56］和荧光素［57］，光纤材料等［58］。

在大多数情况下，上述非线性光学材料被放置在一个由两面分开反射镜组成的F-P腔内。在其他一些情况下，非线性介质可以被包容在集成式微腔［59］或微球内部［60，61］，也可以被包容在一种周期性结构内部［62］或光子晶体内部等［63，64］。