[发明专利]一种非线性效应放大和探测电子超快过程的方法

摘要

本发明属于光子晶体非线性调制技术领域，具体为一种非线性效应放大和探测电子超快过程的方法。本发明方法包括：选定包含非线性材料的光子晶体系统，选取某个低透射率的频率，选取超短的泵浦和信号脉冲，泵浦脉冲时间长度明显小于信号脉冲在光子晶体中的驻留时间，通过控制泵浦脉冲在某些特定时间到达，从而放大非线性调制效应，并且可以观察非线性材料内部电子超快过程。本发明方法所产生的透射率显著变化是一种新“动态调制机制”造成的；只有在特定时间进行泵浦，该相位会破坏透射场一阶脉冲与高阶脉冲之间的“相干相消”，从而导致透射率大幅上升。本发明方法都具有普适性，对材料参数、光子晶体或多散射体系统的组成、结构参数等并不敏感。

主权项

1.一种非线性效应放大和探测电子超快过程的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、初步选定包含非线性材料的光子晶体系统或多散射体系统；引入相对强度弱的超短信号脉冲和相对强度强的超短泵浦脉冲，两者强度相差至少一个量级，泵浦脉冲时间长度明显小于信号脉冲在光子晶体或多散射体系统中的驻留时间，两个脉冲沿不同路径到达光子晶体或多散射体系统；超短泵浦脉冲是用于激发材料的非线性，即在某段时间内改变材料介电常数或磁导率；步骤2、探测并记录超短信号脉冲的透射场（或反射场）；在时域观察信号脉冲的透射场（或反射场），由多个脉冲组合而成，这是由于信号脉冲在光子晶体或多散射体系统中受到多次散射所致，把它们分为一阶脉冲和“高阶脉冲”，一阶脉冲就是原始信号脉冲经过散射后的剩余部分，高阶脉冲包含二阶脉冲、三阶脉冲、四阶脉冲，等等，是由于多次散射产生的；经过傅立叶变换，获得信号脉冲在某个频率的透射率（或反射率）；在无泵浦脉冲时，选取光子晶体或多散射体系统某个“低透射率（或低反射率）”的频率作为关注频率；所观察到的低透射率（或低反射率），是由于一阶脉冲与高阶脉冲在特定频率上的“相干相消”所造成的；步骤3、改变“信号脉冲与泵浦脉冲到达的时间差”，每改变一次时间差，就是确定一种实验状态，对于每一种实验状态，分别测量超短信号脉冲的透射场（或反射场）；通过改变时间差来实现多个实验状态，通过测量透射场（或反射场），得到每种状态下的信号脉冲在所关注频率的透射率（或反射率），最终获得信号脉冲在所关注频率的透射率（或反射率）随时间差变化的曲线，即“透射率变化vs泵浦时间”曲线；在选取的关注频率，观察到透射率（或反射率）随时间差的变化而出现显著变化，即在某些特定时间差的区间，透射率（或反射率）会出现显著增加；步骤4、由于介电常数或磁导率的非线性变化是由于非线性材料内部的电子过程决定的，电子体系的过程参量就会影响“非线性变化vs时间”的曲线；改变非线性材料内部电子体系的过程参量和脉冲参数，分别重复步骤1‑步骤3，得到“不同电子体系情况下”的“透射率变化vs泵浦时间”曲线；步骤5、基于步骤4获得“不同电子体系情况下”的曲线，观察曲线特征随体系内部电子体系过程参量的变化规律，并以此为定标，根据“实际得到的曲线”来反推体系内部的电子体系过程参量，从而获取电子内部超快过程的参量信息。