一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术具体公开了一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法和装置，该方法包括步骤：设置入射脉冲波形为矩形脉冲；使第一脉冲和第二脉冲相向并先后入射非均匀展宽晶体，调节第一脉冲和第二脉冲的脉冲宽度以及先后入射的第一时间间隔，形成布居数光栅；在预设的第二时间间隔条件下，与第二脉冲相同的方向上入射第三脉冲，对布居数光栅进行擦除；基于该方法技术方案，该装置包括脉冲发射组件、第一至第五分光镜、第一至第三反射镜、第一电移台和非均匀展宽晶体等组件。本发明专利技术提供的瞬态布居数光栅形成方案，可以放宽对脉宽极窄的要求，比高斯情形下形成的布局数光栅要求的脉宽高一个量级。

【技术实现步骤摘要】
一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法和装置
本专利技术涉及光学
，特别是涉及一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法和装置。
技术介绍
对于非均匀展宽介质，在入射相干光场的作用下，会产生一系列的瞬态光学效应，非均匀展宽介质在一定时间内记录光场所携带的信息，光脉冲通过与非均匀展宽介质的相干作用记录光脉冲相位信息，就会在介质内形成类似于相干条纹结构的瞬态布居数光栅。1981年，H.J.Eichler等人研究了激光诱导动态光栅，使用长光脉冲的相干生成动态的空间光栅。光栅的存在依赖于两束泵浦光的空间相干，一旦空间相干消失，空间光栅也随即消失。1992年，RDelaFuente等人在该方法的基础上，提出使用空间孤子提高这种激光诱导动态光栅的衍射效率，并在Kerr介质中实现衍射效率为70％。但这种方法始终都不可避免的需要两束泵浦光和探测光在介质内重叠。2013年，E.I.Shtyrkov在论文<<OpticalEchoHolography>>中探讨了利用共振介质实现光子回波全息，并在文中叙述了共振介质中瞬态光栅的形成和应用。当光脉冲与介质相互作用，会激发极化振荡，在脉冲通过后记录下脉冲信息，而极化振荡与第二个脉冲作用会引起介质布居数反转的变化，形成瞬态光栅。2016年，R.M.Arkhipov等人使用不重叠的少周期高斯光脉冲产生布居数光栅，并给出了可行的光栅擦除的方法，认为该方法生成的布居数光栅可以用于超高速光学偏转器。在这种方法中，通过直接求Maxwell-Bloch方程的数值解描述该方法生成和擦除布居数光栅的过程，形成光栅的少周期高斯光脉冲的脉宽远小于晶体的相干时间，脉冲与晶体相互作用，会产生极化振荡，且记录下脉冲信息，从而改变介质的布居数，形成瞬态布居数光栅。高斯脉冲脉宽较窄，而基于该方案产生布居数光栅，由于要求形成光栅的少周期高斯光脉冲的脉宽远小于晶体的相干时间，使得布居数光栅的产生条件较为苛刻。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法和装置，以解决现有技术中布居数光栅产生条件较为苛刻、形成布居数光栅难度较大的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法，包括步骤：步骤A，设置入射脉冲波形为矩形脉冲；步骤B，使第一脉冲和第二脉冲相向并先后入射非均匀展宽晶体，调节所述第一脉冲和所述第二脉冲的脉冲宽度以及先后入射的第一时间间隔，形成布居数光栅；步骤C，在预设的第二时间间隔条件下，与所述第二脉冲相同的方向上入射第三脉冲，对所述布居数光栅进行擦除。优选地，步骤B中调节所述第一脉冲和所述第二脉冲的脉冲宽度以及先后入射的第一时间间隔，包括步骤：调节所述第一脉冲和第二脉冲入射的第一时间间隔为其中τ为第一时间间隔，l为晶体长度，c’为晶体内光速，tp为脉冲宽度。优选地，步骤B还包括步骤：调节所述第一脉冲和第二脉冲的波长为预设波长；步骤B中调节第一脉冲和第二脉冲的脉冲宽度以及先后入射的第一时间间隔、形成布居数光栅，包括步骤：将第一脉冲和第二脉冲的脉冲宽度设置为6.4～7.4fs(飞秒，Femtosecond)或者12.5～15.3fs，得到最大强度的布居数光栅。优选地，步骤B包括步骤：调节所述第一脉冲、第二脉冲和第三脉冲的脉宽均为7.37×10-15s，布居数随时间间隔变化的时间周期为T0＝1.5×2.3358×10-15s；步骤C包括步骤：设置第三脉冲与所述第二脉冲的射入时间间隔为的奇数倍，将光栅擦除，晶体布居数全部擦除至0附近。优选地，步骤C之后，还包括步骤：步骤D，射入与第一脉冲入射方向相同且反相的第四脉冲，对光栅进一步擦除。优选地，步骤D包括步骤：将第四脉冲与第一脉冲入射的第三时间间隔设置为T0的整数倍，晶体布居数全部被擦除至初始状态。本专利技术还提供一种瞬态布居数光栅形成及擦除的装置，包括脉冲发射组件、第一至第五分光镜、第一至第三反射镜、第一电移台和非均匀展宽晶体；脉冲发射组件，用于发射第一至第三脉冲，并调节第一脉冲和第二脉冲的脉冲宽度，按照预设的第一时间间隔依次发射第一脉冲和第二脉冲；第一脉冲依次经第一分光镜、第二分光镜、第三分光镜入射非均匀展宽晶体；第二脉冲依次经第一分光镜、第四分光镜、第五分光镜和第一反射镜，以与第一脉冲相对的方向入射非均匀展宽晶体，形成布居数光栅；第三脉冲依次经第一分光镜、第四分光镜、第一电移台、第二反射镜、第三反射镜、第五分光镜以及第一反射镜，以与第一脉冲相同的方向射入非均匀展宽晶体；第一电移台，用于控制第三脉冲与第二脉冲射入非均匀展宽晶体的第二时间间隔满足预设条件，以对布居数光栅进行擦除。优选地，该装置还包括第四反射镜、第五反射镜、光移相器、第二电移台；脉冲发射组件，还用于发射第四脉冲；第四脉冲依次经第一分光镜、第二分光镜、第四反射镜、第二电移台、光移相器、第五反射镜和第三分光镜，以与第一脉冲相同方向射入非均匀展宽晶体；第二电移台，用于控制第四脉冲与第一脉冲射入所述非均匀展宽晶体的第三时间间隔满足预设条件；光移相器，用于产生λ/2的相位差，使所述第四脉冲与所述第一脉冲反相。优选地，脉冲发射组件，用于发射波长为预设波长、脉冲宽度为6.4～7.4fs或12.5～15.3fs的第一脉冲和第二脉冲；第一脉冲和第二脉冲入射非均匀展宽晶体的第一时间间隔为第一电移台，用于控制第三脉冲与第二脉冲的射入时间间隔为的奇数倍；第二电移台，用于将第四脉冲与第一脉冲入射的第三时间间隔设置为T0的整数倍。优选地，非均匀展宽晶体包括稀土掺杂晶体。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法和装置，提出了一种新的瞬态布居数光栅产生方案，第一脉冲和第二脉冲相向并先后射入非均匀展宽晶体，调节两个脉冲的脉冲宽度以及入射晶体的时间差满足特定条件后，可形成布居数光栅；并在特定时间间隔(即第二时间间隔)后发射与第二脉冲同向、与第一脉冲方向相对的第三脉冲，可对光栅进行擦除，基于本专利技术的该产生机制，入射晶体的脉冲可以设置为矩形脉冲，相对于通常的高斯脉冲而言，经实验检测证明布居数光栅的强度随脉宽的变化缓慢；并且由于矩形脉冲本身可选取的脉宽较大，选取范围也较大，一定程度上放宽了布居数光栅的形成条件，降低了形成布居数光栅的难度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法的一个实施例的流程示意图；图2为本专利技术瞬态布居数光栅形成的基本原理示意图；图3为矩形脉冲波形示意图；图4为本专利技术瞬态布居数光栅形成的一个优选实施例的实验结果示意图；图5为本专利技术不同脉宽下矩形脉冲形成的布局数光栅；图6为本专利技术布居数光栅的擦除过程示意图；图7为本专利技术第二脉冲与第三脉冲在不同的时间间隔下光栅的擦除结果；图8为本专利技术第四脉冲与第一脉冲在不同的时间间隔下光栅的擦除效果；图9为本专利技术瞬态布居数光栅形成及擦除的装置的一个优选实施例的光路结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法，其特征在于，包括步骤：步骤A，设置入射脉冲波形为矩形脉冲；步骤B，使第一脉冲和第二脉冲相向并先后入射非均匀展宽晶体，调节所述第一脉冲和所述第二脉冲的脉冲宽度以及先后入射的第一时间间隔，形成布居数光栅；步骤C，在预设的第二时间间隔条件下，与所述第二脉冲相同的方向上入射第三脉冲，对所述布居数光栅进行擦除。

【技术特征摘要】
1.一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法，其特征在于，包括步骤：步骤A，设置入射脉冲波形为矩形脉冲；步骤B，使第一脉冲和第二脉冲相向并先后入射非均匀展宽晶体，调节所述第一脉冲和所述第二脉冲的脉冲宽度以及先后入射的第一时间间隔，形成布居数光栅；步骤C，在预设的第二时间间隔条件下，与所述第二脉冲相同的方向上入射第三脉冲，对所述布居数光栅进行擦除。2.根据权利要求1所述的一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法，其特征在于，所述步骤B中调节所述第一脉冲和所述第二脉冲的脉冲宽度以及先后入射的第一时间间隔，包括步骤：调节所述第一脉冲和第二脉冲入射的第一时间间隔为其中τ为第一时间间隔，l为晶体长度，c’为晶体内光速，tp为脉冲宽度。3.根据权利要求1所述的一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法，其特征在于，所述步骤B还包括步骤：调节所述第一脉冲和第二脉冲的波长为预设波长；所述步骤B中调节所述第一脉冲和所述第二脉冲的脉冲宽度以及先后入射的第一时间间隔、形成布居数光栅，包括步骤：将所述第一脉冲和所述第二脉冲的脉冲宽度设置为6.4～7.4fs或者12.5～15.3fs，得到最大强度的布居数光栅。4.根据权利要求1所述的一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法，其特征在于，所述步骤B包括步骤：调节所述第一脉冲、第二脉冲和第三脉冲的脉宽均为7.37×10-15s，布居数随时间间隔变化的时间周期为T0＝1.5×2.3358×10-15s；所述步骤C包括步骤：设置所述第三脉冲与所述第二脉冲的射入时间间隔为的奇数倍，将光栅擦除，晶体布居数全部擦除至0附近。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法，其特征在于，所述步骤C之后，还包括步骤：步骤D，射入与所述第一脉冲入射方向相同且反相的第四脉冲，对光栅进一步擦除。6.根据权利要求5所述的一种瞬态布居数光栅形成及擦除的方法，其特征在于，所述步骤D包括步骤：将所述第四脉冲与所述第一脉冲入射的第三时间间隔设置为T0的整数倍，晶体布居数全部被擦除至初始状态。7.一种瞬态布居数光栅形成及擦除的装置，其特征在于，包括脉冲发射组件、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张双根，黄凯，马秀荣，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12