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物理学报 2015年第15期64卷 435-441页

作者：方少寅陆海铭赖天树中山大学光电材料与技术国家重点实验室物理科学与工程学院广州510275

本文研究了(001)Ga As量子阱薄膜中重空穴激子近共振抽运-探测的载流子自旋弛豫动力学,发现载流子的自旋极化对传统的线偏振光吸收饱和效应和载流子复合动力学都有影响.进一步的抽运流依赖的自旋弛豫和复合动力学研究表明,自旋极化对线... 详细信息

本文研究了(001)Ga As量子阱薄膜中重空穴激子近共振抽运-探测的载流子自旋弛豫动力学,发现载流子的自旋极化对传统的线偏振光吸收饱和效应和载流子复合动力学都有影响.进一步的抽运流依赖的自旋弛豫和复合动力学研究表明,自旋极化对线偏振光的吸收饱和效应的影响随抽运流降低而变弱.在低激发流时,自旋极化对线偏振吸收饱和效应的影响才可忽略.然而,又显现出自旋极化对复合动力学的影响.分析表明复合动力学的自旋极化依赖性起源于重空穴激子形成浓度的自旋极化依赖性.复合动力学的自旋极化依赖性表明自旋弛豫时间计算中所涉及的复合时间应该使用自旋极化载流子的复合时间.基于二维质量作用定律的激子浓度计算表明,库仑屏蔽效应对激子形成的影响在较低激发载流子浓度下可以忽略.

关键词：圆偏振光抽运-探测光谱 Ga As量子阱吸收饱和复合寿命

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Yb:KLuW晶体的连续波和声光调Q脉冲激光特性研究

Yb:KLuW晶体的连续波和声光调Q脉冲激光特性研究

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作者：曹枢旋青岛大学

学位级别：硕士

多年来,单斜结构的掺Yb钾镥双钨酸盐晶体Yb:KLuW(Yb:KLu(WO))因其优良的连续波、锁模和被动调Q激光性能而受到很大关注。另外,Yb:KLuW也是目前少数几种有实用意义的Yb离子自Raman激光晶体之一。然而,该晶体主动调Q的研究一直处于空白状... 详细信息

多年来,单斜结构的掺Yb钾镥双钨酸盐晶体Yb:KLuW(Yb:KLu(WO))因其优良的连续波、锁模和被动调Q激光性能而受到很大关注。另外,Yb:KLuW也是目前少数几种有实用意义的Yb离子自Raman激光晶体之一。然而,该晶体主动调Q的研究一直处于空白状态;而已开展的激光实验研究中,晶体的激发都是利用其981-nm附近的主吸收峰来实现的。本学位论文对Yb:KLuW晶体短波弱吸收带激发下的连续波激光性质、声光调Q脉冲激光特性以及自Raman频率转换等做了较为全面和深入的研究。论文工作取得的研究成果和获得的研究结论概述如下。对于晶体的短波弱吸收带激发,935-nm宽带泵浦光的非饱和吸收分数几乎与主吸收峰附近976-nm窄带泵浦光相同;但935-nm泵浦的吸收饱和效应更弱,有利于高泵浦功率下长度有限晶体的激发效率的提高。在935-nm宽带泵浦光激发下,利用平凹腔实现了N-切向Yb:KLuW晶体的高效率连续波激光运转。T=5%的最佳输出透过率下产生的输出功率为5.71 W,相应的光-光转换效率为42%,而斜率效率达到53%。即使在T=50%的高输出透过率下,产生的输出功率仍可达到3.22 W,而斜率效率为43%。利用976-nm窄带泵浦光激发和平凹谐振腔,在3-60 k Hz的重复频率范围内实现了N-切向Yb:KLuW晶体的稳定的声光调Q脉冲激光运转。在60 k Hz重复频率下产生的脉冲输出功率可达5.03 W,光-光转换效率和斜率效率分别为50.2%和63%;而低重复频率(≦5 k Hz)下获得的最短激光脉冲宽度为3.3 ns。由20 k Hz重复频率声光调Q产生的脉冲能量为140.0μJ,脉冲宽度为4.7 ns,而峰值功率达到30.2 k W。在3-50 k Hz重复频率范围内,实现了声光调Q条件下腔内Yb:KLuW晶体的受激Raman散射和自Raman激光频率转换,1031.9 nm的基频振荡激光部分地转换为1138.2 nm的Raman激光;所产生的最大Raman输出功率为0.25 W,Raman转换效率为6.0%,相应的脉冲能量、脉冲宽度和峰值功率分别为12.5μJ、2.1 ns和6.0 k W。

关键词： Yb:KLuW晶体吸收饱和连续波激光声光调Q 自Raman转换

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基于纳米光纤探针的超冷分子光谱测量

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作者：宋子旋山西大学

学位级别：硕士

纳米光纤由于具备体积小、柔软可弯折、低损耗、耐腐蚀等特性,使其成为微型化集成化传感器领域中的新兴研究热点。纳米光纤作为一种新型的传感元件近年来已在能源化工、食品制药、冶金采矿等领域被广泛使用,除此以外,其在基础科学研究... 详细信息

纳米光纤由于具备体积小、柔软可弯折、低损耗、耐腐蚀等特性,使其成为微型化集成化传感器领域中的新兴研究热点。纳米光纤作为一种新型的传感元件近年来已在能源化工、食品制药、冶金采矿等领域被广泛使用,除此以外,其在基础科学研究领域也显示出了其优异的性能。纳米光纤在光与物质相互作用中作为一种媒介已经成功应用于诸多领域中,包括光学传感、光学势阱、量子光学等。由于纳米光纤波导尺寸小于引导光的光学波长,引导光模式会作为衰逝场在波导结构以外约λ的半径范围内衰减。本论文中我们利用纳米光纤在热原子系统中完成了对原子吸收饱和谱线的测量,随后实现了在冷原子系统中对铯分子谱线的探测,纳米光纤在这两种系统中均表现出了其强束缚场探测原子谱线的优势。其所具有的这种束缚场对于需要高强度或梯度场的技术和操作,例如超低功率水平的非线性器件或原子探测非常有利。在本文中我们介绍了一种拉制任意锥区形状和束腰直径的锥形纳米光纤的方法,通过该技术可拉制300nm以上束腰直径的锥形纳米光纤,且其透过率不低于98%。我们将使用该技术拉制的光纤装配到了高真空系统中,并对其性能与空间光探测进行对比。目前我们已经实现了利用纳米光纤探测超冷铯分子的俘获损耗谱线。这为我们之后铯分子荧光的直接测量,和同时实现光缔合铯分子与收集铯分子信号的工作奠定了基础。本文的主要工作概括如下:一、利用“火焰刷”技术拉制了束腰直径为500nm的纳米光纤,并对拉制好的纳米光纤进行了检测。经过测试,我们所拉制的光纤与目标光纤束腰直径相差不超过10nm,满足实验要求。二、设计了可将纳米光纤放置于真空中光纤支架,以及真空装置上裸光纤的进出通道。该设计能保证纳米光纤工作在高真空度的实验环境中,安装了纳米光纤的真空系统中气压能达到10Pa。三、搭建了纳米光纤热原子真空系统及其光路,并基于该系统利用纳米光纤测量了光强和原子密度对吸收饱和谱线的影响。与空间光吸收饱和谱线对比,纳米光纤所需的饱和光强要小三个数量级。四、搭建了纳米光纤冷原子真空系统及其配套的磁场和光场系统,通过空间入射光缔合光到冷原子团上制备了铯分子,并通过纳米光纤收集原子团荧光,通过单光子探测器测得了铯分子谱线。通过与相机探测的原子团荧光信号进行对比确定我们得到了有效的铯分子谱线。

关键词：纳米光纤吸收饱和光缔合分子

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基于纳米光纤的铯原子塞曼频移率测量

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作者：张传标山西大学

学位级别：硕士

用量子力学去解释光、物质及其相互作用为操控光和物质的量子态开辟了新的途径。它让我们对量子物理有了更广泛的理解,由量子规则所控制的更先进技术也逐渐呈现出来。操控光和物质的量子态是当代物理的一项挑战。各种技术正在被用来控... 详细信息

用量子力学去解释光、物质及其相互作用为操控光和物质的量子态开辟了新的途径。它让我们对量子物理有了更广泛的理解,由量子规则所控制的更先进技术也逐渐呈现出来。操控光和物质的量子态是当代物理的一项挑战。各种技术正在被用来控制光与物质相互作用,包括冷原子物理,腔量子电动力学(腔QED),集体超辐射发射等。本文中我们使用了纳米光纤实现了对光场的修饰,使光场呈现一种特殊的分布。光学纳米纤维因束腰部分的直径在亚波长范围,具有高功率密度,超低的饱和光强等优点,因此在光学耦合器件,光学操控以及量子存储方面具有广泛的应用。光学纳米纤维对光场具有极强的束缚能力,在其表面会形成光学消逝场。人们利用这一特性观察到了纳米光纤的电磁诱导透明现象,双光子跃迁以及全光学调制等。本文主要利用了纳米光纤对光场的强束缚能力研究了光学纳米纤维上光与原子的相互作用,主要包含纳米光纤上铯原子的吸收饱和效应,铯原子塞曼频移的测量。基于纳米光纤高功率密度的优点,我们只需要纳瓦量级的光强就能保证实验的顺利进行,这是相对于利用空间光去研究光与原子相互作用的优势。本文的研究内容如下:1.通过火焰刷技术成功拉制了锥形纳米光纤,拉制完成以后,在电子显微镜下测量的直径是500多纳米,透过率高达99%,保障了实验的正常进行。2.搭建了满足实验需求的光路以及真空系统。本文第三章探究了纳米光纤上铯原子的吸收饱和特性,研究了影响铯原子吸收饱和特性的因素。第三章的研究为第四章纳米光纤上铯原子塞曼频移的测量实验做了铺垫。3.设计了纳米光纤的加热结构。实验过程中,要控制合适的光纤加热温度,温度不能太高,防止光纤热胀冷缩而断裂,也要保证光纤表面温度高于真空腔体温度,防止原子在光纤表面的积累。4.测试了不同的光强和温度下纳米光纤上铯原子的吸收饱和现象。我们利用纳米光纤测量了不同磁场下铯原子的塞曼频移率,利用锥形纳米光纤系统实现了纳瓦量级的测量。

关键词：纳米光纤火焰刷技术吸收饱和塞曼频移

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