半导体光折变介质中光束传输的自囚禁及周期调制

邢耀亮; 杨志安

doi:10.7498/aps.62.130302

摘要

推导了光束在半导体光折变介质的光子晶格中演化的二能级形式, 给出了光束在其中传播时二能级方程的经典正则形式. 解析计算出了经典正则方程的不动点并对其稳定性作了分析, 计算出了拓扑结构变化的临界值. 根据二能级方程的经典正则形式做出了空间相图, 进一步分析了半导体光折变介质中光束传输的自囚禁现象, 发现有两种形式的自囚禁: 1)能级中的布居数差和相对相位都在平衡点附近振动; 2)能级中的布居数差在平衡点附近振动, 而相对相位单调变化. 分别从高频、低频、中频三个方面研究了外加周期调制对自囚禁的影响, 发现在高频调制中发生自囚禁现象的相变参数能够被周期场非常有效的调制, 使得光束在半导体光折变介质中传输时, 在非线性效应影响较小时也能够发生自囚禁.

关键词:

Abstract

We have deduced a two-level form of beam evolution in photonic lattices of semiconductor photorefractive medium and its classical canonical form of the two-level equation. We analytically calculate the fixed points of the classical canonical aligns, analyze its stability and calculate the critical value of topology changes. According to the classical canonical form of the two-level equation, we make space phase diagram, further analyze the self-trapping of beam propagation in semiconductor photorefractive medium and find two kinds of self-trapping: 1) Both the population difference and the relative phase in energy levels oscillate near an equilibrium point in the phase space. 2) The population difference in energy levels oscillate near an equilibrium point while the relative phase increases monotonously. From the three aspects of high frequency, low frequency, and intermediate frequency, we investigate how an external periodic field influences the self-trapping and find that the external high frequency periodic field may dramatically modulate the critical points at which the transition to self-trapping occurs. It makes the self-trapping occur with small nonlinear effect when the beam propagates in semiconductor photorefractive medium.

Keywords:

作者及机构信息

1.
济南大学物理科学与技术学院, 济南 250022

Authors and contacts

1.
School of Physics and Technology, University of Jinan, Jinan 250022, China

参考文献

[1]	Ashkin A, Boyd G D, Dziedzic J M, Smith R G, Ballman A A, Levinstein J J, Nassau K 1966 Appl. Phys. Lett. 40 72
[2]	Wang X D, Yu W L 2011 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni 40 32 (in Chinese) [王晓东, 佘卫龙 2011 中山大学学报: 自然科学版 40 32]
[3]	Ren Z M 2005 Laser Journal 26 1 (in Chinese) [任占梅, 激光杂志 2005 26 1]
[4]	Hou C F, Li S Q, Li F, Sun X D 2001 Progress In Physics 21 237 (in Chinese) [侯春风, 李师群, 李斌, 孙秀冬 2001 物理学进 21 237]
[5]	Wang S, Yang Z A 2009 Acta Phys. Sin. 58 3699 (in Chinese) [王沙, 杨志安 2009 物理学报 58 3699]
[6]	Wang S, Yang Z A 2009 Acta Phys. Sin. 58 729 (in Chinese) [王沙, 杨志安 2009 物理学报 58 729]
[7]	Hu Y, Lou C B, Liu S, Zhang P, Zhao J L, Xu J J, Chen Z G 2009 Opt. Lett. 34 1114
[8]	Hu Y, Lou C B, Zhang P, Xu J J, Yang J K, Chen Z G 2009 Opt. Lett. 34 3259
[9]	Zhang P, Liu S, Zhao J L, Lou C B, Xu J J, Chen Z G 2008 Opt. Lett. 33 878
[10]	Chen S M, Shi S X, Dong H Z 2005 Acta Phys. Sin. 56 1379 (in Chinese) [陈守满, 石顺祥, 董洪舟 2005 物理学报 56 1379]
[11]	Wang D S, Yu W L 2007 Acta Phys. Sin. 56 245 (in Chinese) [汪德生, 佘卫龙 2007 物理学报 56 245]
[12]	Wang X S, Chen Z G, Wang J D, Yang J K 2007 Phys. Rev. Lett. 99 243901
[13]	Ghulinyan M, Oton C J, Gaburro Z, Pavesi L T C, Wiersma D 2005 Phys. Rev. Lett. 94 127401
[14]	Liu J, Fu L B 2010 Phys. Rev. A 81 1114
[15]	Song D Y 2000 Phys. Rev. 85 1141
[16]	Zhu S L, Wang Z D 2000 Phys. Rev. Lett. 85 1076
[17]	Li S C, Liu J, Fu L B 2011 Phys. Rev. A 83 042107
[18]	Wang G F, Liu F, Fu L B, Zhao H 2007 Acta Phys. Sin. 56 3733 (in Chinese) [王冠芳, 刘斌, 傅立斌, 赵鸿 2007 物理学报 56 3733]
[19]	Ye D F, Fu L B, Zhao H, Liu J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5071 (in Chinese) [叶地发, 傅立斌, 赵鸿, 刘杰 2007 物理学报 56 5071]
[20]	Zener C 1932 Proc. R. Soc. London A 137 692
[21]	Landau L 1932 Phys. Z. Sowjetunion 2 46
[22]	Fang Y C, Yang Z A, Yang L Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 2661 (in Chinese) [房永翠, 杨志安, 杨丽云 1932 物理学报 57 2661]
[23]	Ma Y, Fu L B, Yang Z A 2006 Acta Phys. Sin. 55 5628 (in Chinese) [马云, 傅立斌, 杨志安 2006 物理学报 55 5628]
[24]	Liu Z Z, Yang Z A 2007 Acta Phys. Sin. 56 1245 (in Chinese) [刘泽专, 杨志安 2007 物理学报 56 1245]
[25]	Wang G F, Fu L B, Zhao H, Liu J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5003 (in Chinese) [王冠芳, 傅立斌, 赵鸿, 刘杰 2005 物理学报 54 5003]
[26]	Xu B, Ming N B 1994 Phys. Rev. A 50 5197
[27]	Valkering T P, Irman A 2004 Phys. Rev. E 70 036610
[28]	McAvity D M, Enns R H, Rangnekar S S 1988 Phys. Rev. A 38 4647
[29]	Shchesnovich V S, Cavalcanti S B, Hickmann J M, Kivshar Y S 2006 Phys. Rev. E 74 056602
[30]	Desyatnikov A S, Kivshar Y S, Shchesnovich V S, Cavalcanti S B, Hickmann J M 2007 Opt. Lett. 32 325
[31]	Yosuke K, Yoshihiko M 2000 Phys. Rev. A 62 061401
[32]	Yosuke K 1994 Phys. Rev. A 50 843

施引文献

[1]	Ashkin A, Boyd G D, Dziedzic J M, Smith R G, Ballman A A, Levinstein J J, Nassau K 1966 Appl. Phys. Lett. 40 72
[2]	Wang X D, Yu W L 2011 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni 40 32 (in Chinese) [王晓东, 佘卫龙 2011 中山大学学报: 自然科学版 40 32]
[3]	Ren Z M 2005 Laser Journal 26 1 (in Chinese) [任占梅, 激光杂志 2005 26 1]
[4]	Hou C F, Li S Q, Li F, Sun X D 2001 Progress In Physics 21 237 (in Chinese) [侯春风, 李师群, 李斌, 孙秀冬 2001 物理学进 21 237]
[5]	Wang S, Yang Z A 2009 Acta Phys. Sin. 58 3699 (in Chinese) [王沙, 杨志安 2009 物理学报 58 3699]
[6]	Wang S, Yang Z A 2009 Acta Phys. Sin. 58 729 (in Chinese) [王沙, 杨志安 2009 物理学报 58 729]
[7]	Hu Y, Lou C B, Liu S, Zhang P, Zhao J L, Xu J J, Chen Z G 2009 Opt. Lett. 34 1114
[8]	Hu Y, Lou C B, Zhang P, Xu J J, Yang J K, Chen Z G 2009 Opt. Lett. 34 3259
[9]	Zhang P, Liu S, Zhao J L, Lou C B, Xu J J, Chen Z G 2008 Opt. Lett. 33 878
[10]	Chen S M, Shi S X, Dong H Z 2005 Acta Phys. Sin. 56 1379 (in Chinese) [陈守满, 石顺祥, 董洪舟 2005 物理学报 56 1379]
[11]	Wang D S, Yu W L 2007 Acta Phys. Sin. 56 245 (in Chinese) [汪德生, 佘卫龙 2007 物理学报 56 245]
[12]	Wang X S, Chen Z G, Wang J D, Yang J K 2007 Phys. Rev. Lett. 99 243901
[13]	Ghulinyan M, Oton C J, Gaburro Z, Pavesi L T C, Wiersma D 2005 Phys. Rev. Lett. 94 127401
[14]	Liu J, Fu L B 2010 Phys. Rev. A 81 1114
[15]	Song D Y 2000 Phys. Rev. 85 1141
[16]	Zhu S L, Wang Z D 2000 Phys. Rev. Lett. 85 1076
[17]	Li S C, Liu J, Fu L B 2011 Phys. Rev. A 83 042107
[18]	Wang G F, Liu F, Fu L B, Zhao H 2007 Acta Phys. Sin. 56 3733 (in Chinese) [王冠芳, 刘斌, 傅立斌, 赵鸿 2007 物理学报 56 3733]
[19]	Ye D F, Fu L B, Zhao H, Liu J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5071 (in Chinese) [叶地发, 傅立斌, 赵鸿, 刘杰 2007 物理学报 56 5071]
[20]	Zener C 1932 Proc. R. Soc. London A 137 692
[21]	Landau L 1932 Phys. Z. Sowjetunion 2 46
[22]	Fang Y C, Yang Z A, Yang L Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 2661 (in Chinese) [房永翠, 杨志安, 杨丽云 1932 物理学报 57 2661]
[23]	Ma Y, Fu L B, Yang Z A 2006 Acta Phys. Sin. 55 5628 (in Chinese) [马云, 傅立斌, 杨志安 2006 物理学报 55 5628]
[24]	Liu Z Z, Yang Z A 2007 Acta Phys. Sin. 56 1245 (in Chinese) [刘泽专, 杨志安 2007 物理学报 56 1245]
[25]	Wang G F, Fu L B, Zhao H, Liu J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5003 (in Chinese) [王冠芳, 傅立斌, 赵鸿, 刘杰 2005 物理学报 54 5003]
[26]	Xu B, Ming N B 1994 Phys. Rev. A 50 5197
[27]	Valkering T P, Irman A 2004 Phys. Rev. E 70 036610
[28]	McAvity D M, Enns R H, Rangnekar S S 1988 Phys. Rev. A 38 4647
[29]	Shchesnovich V S, Cavalcanti S B, Hickmann J M, Kivshar Y S 2006 Phys. Rev. E 74 056602
[30]	Desyatnikov A S, Kivshar Y S, Shchesnovich V S, Cavalcanti S B, Hickmann J M 2007 Opt. Lett. 32 325
[31]	Yosuke K, Yoshihiko M 2000 Phys. Rev. A 62 061401
[32]	Yosuke K 1994 Phys. Rev. A 50 843

[1]	张光成, 孙武, 周志鹏, 全秀娥, 叶伏秋. 周期调制四通道光学波导的宇称-时间对称特性调控和动力学研究. 物理学报, 2024, 73(16): 164201. doi: 10.7498/aps.73.20240690
[2]	王月洋, 尹俊豪, 严康, 林钦宁, 庞仁君, 王泽森, 杨涛, 印建平. 基于多能级速率方程的CaH分子三维磁光囚禁模型. 物理学报, 2022, 71(16): 163701. doi: 10.7498/aps.71.20220304
[3]	庞爽, 冯玉玲, 于萍, 姚治海. 自混沌光相位调制光反馈半导体激光器输出光的混沌特性. 物理学报, 2022, 71(15): 150502. doi: 10.7498/aps.71.20220204
[4]	徐红萍, 贺真真, 鱼自发, 高吉明. 玻色-费米超流混合体系中的相互作用调制隧穿动力学. 物理学报, 2022, 71(9): 090301. doi: 10.7498/aps.71.20212168
[5]	李晓云, 孙博文, 许正倩, 陈静, 尹亚玲, 印建平. 基于调制光晶格的中性分子束光学Stark减速与囚禁的理论研究. 物理学报, 2018, 67(20): 203702. doi: 10.7498/aps.67.20181348
[6]	刘明, 张明江, 王安帮, 王龙生, 吉勇宁, 马喆. 直接调制光反馈半导体激光器产生超宽带信号. 物理学报, 2013, 62(6): 064209. doi: 10.7498/aps.62.064209
[7]	张恒, 段文山. 双势阱中玻色-费米混合气体的周期调制效应. 物理学报, 2013, 62(16): 160303. doi: 10.7498/aps.62.160303
[8]	苟学强, 闫明, 令伟栋, 赵红玉, 段文山. 费米气体在光晶格中的自俘获现象及其周期调制. 物理学报, 2013, 62(13): 130308. doi: 10.7498/aps.62.130308
[9]	张科智, 王建军, 刘国荣, 薛具奎. 两组分BECs在光晶格中的隧穿动力学及其周期调制效应. 物理学报, 2010, 59(5): 2952-2961. doi: 10.7498/aps.59.2952
[10]	董建绩, 张新亮, 付松年, 沈平, 黄德修. 基于半导体光放大器瞬态交叉相位调制效应的高速反相和同相波长转换的研究. 物理学报, 2007, 56(4): 2250-2255. doi: 10.7498/aps.56.2250
[11]	李培丽, 黄德修, 张新亮, 朱光喜. 基于多电极单端耦合半导体光放大器的交叉增益调制型波长转换器. 物理学报, 2006, 55(6): 2746-2750. doi: 10.7498/aps.55.2746
[12]	马云, 傅立斌, 杨志安, 刘杰. 玻色-爱因斯坦凝聚体自囚禁现象的动力学相变及其量子纠缠特性. 物理学报, 2006, 55(11): 5623-5628. doi: 10.7498/aps.55.5623
[13]	王冠芳, 傅立斌, 赵鸿, 刘杰. 双势阱玻色-爱因斯坦凝聚体系的自俘获现象及其周期调制效应. 物理学报, 2005, 54(11): 5003-5013. doi: 10.7498/aps.54.5003
[14]	韩定安, 郭弘, 孙辉, 白艳锋. 三能级Λ-系统探测光的频率调制效应研究. 物理学报, 2004, 53(6): 1793-1798. doi: 10.7498/aps.53.1793
[15]	袁保红, 陈钟贤, 姜永远, 孙秀冬, 周忠祥, 姚凤凤. 光折变聚合物中斩波调制对二波耦合增益系数的增强效应. 物理学报, 2002, 51(7): 1512-1516. doi: 10.7498/aps.51.1512
[16]	龙德顺, 宁西京. 二能级系统的布居囚禁现象. 物理学报, 2001, 50(12): 2335-2340. doi: 10.7498/aps.50.2335
[17]	佘卫龙, 何穗荣, 汪河洲, 余振新, 莫党. 热自聚焦诱导光折变非对称自散焦. 物理学报, 1996, 45(12): 2022-2026. doi: 10.7498/aps.45.2022
[18]	赵一广. 条形DH半导体激光器高频调制光输出的频率锁定、准周期、分岔和混沌. 物理学报, 1991, 40(5): 731-738. doi: 10.7498/aps.40.731
[19]	张绮香, 霍裕平. 半导体中的杂质能级. 物理学报, 1966, 22(1): 29-46. doi: 10.7498/aps.22.29
[20]	霍裕平. 半导体中的杂质能级. 物理学报, 1963, 19(5): 273-284. doi: 10.7498/aps.19.273

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