飞秒激光诱导铁电晶体产生畴反转的理论研究

【作者】 朱海生； 陈险峰； 陈洪云； 张一帅； 夏宇兴；

【机构】 上海交通大学物理系光学与光子学研究所；

【摘要】 本文在非零温下,建立了一个飞秒激光诱导铁电晶体畴反转的经典动力学二维振子模型,研究飞秒激光的各个参数对铁电晶体畴反转阈值的影响,预测出要得到小反转闽值所需要的激光参数和环境条件。模型分别在两种情况下进行模拟。首先将激光对铁电晶体的作用简化为给与振子模型一个初速度,研究振子内各系数对畴反转阈值的影响,以确定实验选用的具体铁电晶体及掺杂物质。模拟发现材料所处的温度越高,畴反转阈值越低;材料中反转离子所处势场的参数(回复常数、阻尼系数)的值越小,也会降低畴反转阈值,但同时会减小畴反转窗口宽度。更进一步研究,我们将飞秒激光脉冲的振荡电场具体化。模拟发现,激光脉冲宽度越短,激光脉冲与电场的相位差对畴反转阈值的影响越大,在相同的脉冲宽度下,阈值能相差一倍;此外,在不同脉冲宽度情况下,最小畴反转阈值都出现在相位差等于零的附近;脉冲宽度越小,电场振荡次数越少,振子对能量的利用率越高,此时畴反转需要的能量会减少,但需要的激光电场峰值却会增大;在加入具体电场的模型中同样出现畴反转阈值越小,反转窗口越小的现象。模型得到的材料参数有助于选择合适的铁电晶体和参杂物质;由于相位差对畴反转有很大影响,可以让激光在相位差刚好处在最小畴反转阈值的情况下,作用于铁电晶体,使其在低于破坏闽值的情况下发生畴反转。更多还原