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共振介质中光脉冲传播特性的研究

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:图16-5测量通过共振介质透射光脉冲和参考光脉冲之间相对时间延迟的实验装置被测量到的时间延迟为式中,υg,ng,L分别为信号光脉冲群速度、介质的群折射率以及介质的通光长度。基于式,可以看出Δt的大小和取值范围,直接决定于给定共振介质群折射率ng的大小和取值范围。表16-1ng,υg和Δt的取值范围图16-6为准单色光脉冲通过共振介质传播时发生的几种可能情况,这里有意忽视了由于衰减或放大而导致脉冲幅度的变化。

共振介质中光脉冲传播特性的研究

一般来说,准单色光脉冲在吸收或增益介质中的群速度(峰值传输速度),由该介质的群折射率所决定。图16-5为实验上普遍采用的利用准单色激光脉冲通过给定共振介质测量群速度的装置示意图。在这种类型的实验中,一个输入脉冲激光分成两束:一束用于通过待测介质,另一束直接发送到探测器作为参考光脉冲;同时要确保进入探测器前两光束所通过的光学路程长度相同。借助于一种双通道数字示波器,通过待测介质的信号光脉冲与参考光脉冲之间的相对时间延迟(Δt)可以被精确测量到。

图16-5 测量通过共振介质透射光脉冲和参考光脉冲之间相对时间延迟的实验装置

被测量到的时间延迟为

式中,υg,ng,L分别为信号光脉冲群速度、介质的群折射率以及介质的通光长度。基于式(16-39),可以看出Δt的大小和取值范围,直接决定于给定共振介质群折射率ng的大小和取值范围。表16-1分别给出了ng,υg和Δt可能的取值范围。一旦测定了延迟时间的实验值Δt,就可以很容易计算出相应的ng和υg值。(www.xing528.com)

表16-1 ng,υg和Δt的取值范围

图16-6为准单色光脉冲通过共振(吸收或增益)介质传播时发生的几种可能情况,这里有意忽视了由于衰减或放大而导致脉冲幅度的变化。图16-6(a)~(c)很容易理解;而图16-6(d)所示的情况不那么直观。在υg<0情况下的脉冲传播,伴随着两个不同寻常的特点:①透射脉冲峰值可以在输入脉冲峰值进入共振介质前被观察到;②在共振介质内,脉冲峰值(箭头所指)随时间增加而向后传播。这两个显然不同寻常的特性,是由于介质折射率色散在共振区的陡然变化,引起构成光脉冲的不同单色组分之间的相对相位的相应变化,从而导致合成振幅极大值相对位置随时间的上述变化。以上分析的结果,已被实验结果和理论模拟计算所证实。

图16-6 光脉冲在真空(a)、慢光介质(b)和快光介质[(c)和(d)]传输过程中其峰值运动示意图[图(d)中,脉冲峰值在介质内随时间向后移动][2]

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