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本文研究超短脉冲光在共振介质中传播时,偶极矩,单位体积内共振粒子数,矢谐,光的频率等对光传播的影响。
光在一维共振介质中传播,光场由Maxwell方程描述,介质的极化由Bloch方程描述。本文用数字方法联立求解Maxwell方程和Bloch方程,得出如下规律:单束光在一维介质中的传播规律(如2π脉冲将以时间孤子形式传播)和文献结果相同。对于有一定延时并且峰面积符号想反的两束2π脉冲光在介质中传播时,脉宽小的光束将赶上并超过脉宽大的光束,在两束光重叠的时候,会形成光强很大的脉冲。
光在二维平面波导中传播时,用有限差分方法求解Maxwell和Bloch的联立方程,得到共振介质中超短光传播的时空特性。计算结果表明,在考虑空间效应时,峰面积为2π的超短光脉冲不再以孤子的形式传播,光场的形状将发生变化,变形的程度和光与物质相互作用的强度有关:强度较小时,光场包络在时间和空间两方面都展宽;强度较大时,则发生分裂。光与物质相互作用的强度与光场大小、光场频率、偶极矩、失谐以及共振粒子浓度等因素有关。
光在圆柱对称共振介质中传播时,本文用有限差分方法求解Maxwell和Bloch的联立方程,得到圆柱对称共振介质中超短光传播的规律。计算中解决了在圆柱中心线上Maxwell方程存在发散项1/r以及用圆柱中心线作为边界条件时,中心线上光场值难确定的问题,因而光场只需从圆柱中心计算到圆柱边界,和以圆柱的两条边做为边界条件比较,节省了将近一半的计算时间和计算机存储空间。计算结果表明,在考虑空间效应时,峰面积为2π的超短光脉冲不再以孤子的形式传播,光场的形状将发生变化,变形的程度和光与物质相互作用的强度有关:强度较小时,光场包络在时间和空间两方面都展宽;强度较大时,则发生分裂。光与物质相互作用的强度与光场大小、矢谐、偶极矩、共振粒子浓度等因素有关。