什么是光谱烧孔(Spectral Hole Burning)?

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发表时间:2023-12-06 11:00

光谱烧孔是光学活性材料的吸收光谱的频率选择性漂白。它是发生在某些类型的光学材料中的一种现象,如玻璃、晶体和聚合物,由于将材料暴露在某一频率的强光下,材料在该频率下的吸收光谱被减少或耗尽。这种吸收的减少可以持续很长一段时间。它被称为由于光场的存在而在光学活性材料的吸收光谱中产生的空洞。这种效应被利用在各种应用中,如光学频率参考、数据存储和光谱学。光谱烧孔提供了一种操纵和控制材料光学特性的方法,从而在量子通信、计量学和传感等领域带来新的技术和创新。

什么是光谱烧孔(Spectral Hole Burning)?

图1:光谱烧孔法

要观察和控制光谱烧孔,必须满足几个要求。

光谱必须是不均匀地拓宽的。

材料的强吸收线--材料在光场的波长处必须有非常强的吸收线。

在吸收光之后,材料会经历一个改变其吸收光谱的变化。

群体反转的条件--材料中的激发原子或离子必须多于基态原子或离子。

材料的长荧光寿命--长的荧光寿命允许上层和下层的种群建立起来,足以产生种群反转。

空间封闭的光场--吸收光谱中的空洞只发生在光场强度足以产生群体反转的区域。

当一束激光或连续波光源以所需的频率在一段时间内聚焦到一个光学材料上时,就会发生光谱空洞燃烧。该材料吸收光并向各个方向重新发射光子。由于材料的吸收和再发射特性,在激光束方向重新发射的光子将经历一个多普勒位移。与最初的激光束相比,这种位移降低了光子的频率。因此,低频区域将吸收更多的光,并形成一个局部的光强度降低的区域。这个由其光学吸收的选择性耗尽而产生的区域被称为空穴。SHB减少了整个样品中对某一波长的吸收。它发生在不均匀拓宽的激光介质中。

谱孔宽度可以通过以下公式计算。

什么是光谱烧孔(Spectral Hole Burning)?

其中νH是光谱孔宽度,νh是同质线宽度,ν0是中心频率,Is是饱和强度。

什么是光谱烧孔(Spectral Hole Burning)?

图2:光谱孔的燃烧

造成光谱烧孔的因素

材料中光谱孔燃烧的发生和特性受到几个因素的影响。

吸收的光的强度

吸收过程的持续时间

材料的温度

光谱烧孔是模式竞争的影响之一,对激光器的增益曲线有很大影响。模式竞争是指在一个激光系统中多个光模式竞争同一能量水平的现象。它导致了几种激光输出模式,这大大降低了每个竞争频段的放大器增益。这种增益降低表现为多普勒加宽发射,激光器的输出光谱密度由多普勒加宽光束的宽度决定。

光谱烧孔的应用

光谱烧孔有可能彻底改变科学和技术的许多领域。除了作为分析分子和离子的电子结构的有效工具,光谱烧孔还具有广泛的潜在用途,包括使用光谱孔作为频率参考,全光频谱分析仪,频率选择放大器和量子计算。频域和时域高密度存储大至1014比特cm-3的数字数据无疑是最有前途的用途之一。这一过程也可用于在光通信系统中创建单独的光通道,或在激光光谱学、基于激光的成像和传感、激光冷却、频率选择滤波器等领域生产窄带滤波器,甚至已被提议作为全息图形式的信息存储手段。

文章分类: 光电百科
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