[發(fā)明專利]一種非線性效應(yīng)放大和探測電子超快過程的方法

有效

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• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109782508B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣尋涯;竇宇身;汝廣喆;李裘粹
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/355
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種非線性效應(yīng)放大和探測電子超快過程的方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟1、初步選定包含非線性材料的光子晶體系統(tǒng)；引入相對強(qiáng)度弱的超短信號脈沖和相對強(qiáng)度強(qiáng)的超短泵浦脈沖，兩者強(qiáng)度相差至少一個量級；其中，來自外部的低強(qiáng)度信號脈沖和高強(qiáng)度泵浦脈沖從不同光路到達(dá)光子晶體，兩者均為高斯調(diào)制脈沖、相同的中心頻率3.75×10¹⁴Hz和相同的脈沖時間長度6fs；在該光子晶體中，信號脈沖的駐留時間為60fs，即泵浦脈沖時間長度明顯小于信號脈沖在光子晶體中的駐留時間；超短泵浦脈沖是用于激發(fā)材料的非線性，即在某段時間內(nèi)改變材料介電常數(shù)或磁導(dǎo)率；

步驟2、探測并記錄超短信號脈沖的透射場或反射場；在時域觀察信號脈沖的透射場或反射場，由多個脈沖組合而成，這是由于信號脈沖在光子晶體中受到多次散射所致，把它們分為一階脈沖和高階脈沖，一階脈沖就是原始信號脈沖經(jīng)過散射后的剩余部分，高階脈沖包含二階脈沖、三階脈沖、四階脈沖，是由于多次散射產(chǎn)生的；經(jīng)過傅里葉變換，獲得信號脈沖在某個頻率的透射率或反射率；在無泵浦脈沖時，選取光子晶體某個“低透射率或低反射率”的頻率作為關(guān)注頻率；所觀察到的低透射率或低反射率，是由于一階脈沖與高階脈沖在特定頻率上的“相干相消”所造成的；

步驟3、改變“信號脈沖與泵浦脈沖到達(dá)的時間差”，每改變一次時間差，就是確定一種實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，對于每一種實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，分別測量超短信號脈沖的透射場或反射場；通過改變時間差來實(shí)現(xiàn)多個實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，通過測量透射場或反射場，得到每種狀態(tài)下的信號脈沖在所關(guān)注頻率的透射率或反射率，最終獲得信號脈沖在所關(guān)注頻率的透射率或反射率隨時間差變化的曲線，即“透射率變化vs泵浦時間”曲線；在選取的關(guān)注頻率，觀察到透射率或反射率隨時間差的變化而出現(xiàn)顯著變化，即在某些特定時間差的區(qū)間，透射率或反射率會出現(xiàn)顯著增加；

步驟4、由于介電常數(shù)或磁導(dǎo)率的非線性變化是由于非線性材料內(nèi)部的電子過程決定的，電子體系的過程參量就會影響“非線性變化vs時間”的曲線；改變非線性材料內(nèi)部電子體系的過程參量和脈沖參數(shù)，分別重復(fù)步驟1-步驟3，得到“不同電子體系情況下”的“透射率變化vs泵浦時間”曲線；

步驟5、基于步驟4獲得“不同電子體系情況下”的曲線，觀察曲線特征隨體系內(nèi)部電子體系過程參量的變化規(guī)律，并以此為定標(biāo)，根據(jù)“實(shí)際得到的曲線”來反推體系內(nèi)部的電子體系過程參量，從而獲取電子內(nèi)部超快過程的參量信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性效應(yīng)放大和探測電子超快過程的方法，其特征在于，步驟1中，所述的非線性材料為一種或多種三階非線性材料、二階非線性材料和其他可以被外電磁場調(diào)控的非線性材料；所述的光子晶體包含各種晶格類型、晶格常數(shù)、填充比、單個原胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)；所述的超短信號脈沖、超短泵浦脈沖包括高斯脈沖、調(diào)制高斯脈沖，涉及不同的脈沖參數(shù)：脈沖時域及頻域范圍、脈沖強(qiáng)度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非線性效應(yīng)放大和探測電子超快過程的方法，其特征在于，步驟3中，對于低透射率情況的透射場，在特定時間進(jìn)行泵浦，一階脈沖和高階脈沖之間的“相干相消”被顯著破壞，從而導(dǎo)致透射率大幅上升，其中：（i）一階脈沖開始離開系統(tǒng)之前進(jìn)行泵浦，透射率沒有明顯變化；（ii）在一階脈沖剛剛開始離開體系之后進(jìn)行泵浦，透射率開始出現(xiàn)明顯升高；（iii）當(dāng)“在一階脈沖恰好完全離開體系時”進(jìn)行泵浦，透射率達(dá)到最大值，是整個曲線的主峰；（iv）繼續(xù)進(jìn)行泵浦，透射率比最大值開始緩慢下降；在二階、三階脈沖離開體系時，有對應(yīng)的小峰。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非線性效應(yīng)放大和探測電子超快過程的方法，其特征在于，步驟4中，所述的非線性材料內(nèi)部的電子過程包括二能級、三能級、四能級和能帶電子體系中的電子激發(fā)、衰減等任何可以影響材料介電常數(shù)、磁導(dǎo)率的內(nèi)部電子過程；所述的電子體系的過程參量包括電子過程的響應(yīng)時間和弛豫時間，電子體系各能級的壽命，響應(yīng)時間和弛豫時間的尺度包括飛秒或阿秒量級的時間尺度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性效應(yīng)放大和探測電子超快過程的方法，其特征在于，步驟5中曲線特征包括透射率最大值、透射率下降快慢、小峰的位置和高度。