光学双稳态说课材料.ppt

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1、光学双稳态效应☆研究意义☆基本理论☆双稳态应用研究意义自1974年吉布斯（Gibbs）首先利用F-P标准具内充满饱和吸收气体Na蒸汽，观察到了光学双稳态现象以来，光学双稳态成为非线性光学和光电子学领域内一个重要的新型研究课题之一。广义地讲，任何一种光学元件或者装置，其光学透过或反射能力，能在入射光作用下发生可控制的变化，则均可以称为光学双稳态装置。狭义地讲，光学双稳态装置通常是指腔内含非线性介质的干涉仪。在入射激光作用下，通过非线性介质折射率的感应变化而使干涉仪的透过率（或反射率）表现为入射光强的函数。

2、从而可使该装置分别起到双稳开关、微分放大以及限幅元件等功用。基于光学双稳态效应原理，可分别制成快速开关元件、光学“三极管”和光学记忆元件等。基本理论光学双稳态：对于一个给定的入射光强，存在两个可能的、稳定的输出光强状态，而且可以用光学的方法实现两个稳态间的翻转，☆当输入光强I0由0逐渐变强时，输出的光强I逐渐增大，在I0=I″0时，I有突升，并且晶体由不透明变得透明；当输入光强I0再逐渐减少时，I的下降有滞后现象，而且，在I0=I′0时，I有突降，并且晶体又变得不透明。☆若输入光强为I0，对应的a时介质

3、不透明状态，让输入光强增大后，再回到I0时，对应的b是透明状态；☆同一个I0对应的介质有透明，不透明两种稳定状态（光学双稳态）。☆具有光学双稳态的光学器件称之为光双稳器件,非线性法布里-----珀罗标准具是典型的光双稳器件。这种器件由非线性光学材料和反馈光腔构成,如下图所示，其外形很像一个激光器，不同的是其中的介质不是激光放大介质，而是非线性介质。在强光的作用下，介质的非线性参数（非线性吸收系数或非线性折射率）发生变化，从而引起透射光强发生变化，光强的变化进一步引起非线性参数的变化。在光腔的反馈作用下，

4、这种变化形成正反馈过程，因而产生光学双稳态。光学双稳器件☆随着基础理论的充分研究，各种新型光学双稳态器件相继问世。☆光双稳器件是一种具有反馈的非线性光学系统，可以按反馈的性质不同而分成全光的和混合的两种光学双稳态器件分类非线性光学元件光电探测器放大器出射光入射光光电混合型光学双稳态装置工作框图☆典型的光学双稳器件和激光器同样都有光学谐振腔，激光器的谐振腔理论完全适用于光双稳器件。与激光理论一样，光学双稳态理论也具有经典理论、速率方程理论和半经典理论等形式。甚至有人建立了光学双稳性与激光器的统一理论，在光

5、与物质作用的描述中对激光器其增益系数为正号，而对光学双稳性改为负号，变成吸收系数。光学双稳态应用由于双稳态系统可以实现光学限幅，光学微分放大、转换开关、逻辑门、存储元件以及具有极快和可控作用功能的其它元件。因此光学双稳态系统在光计算、光通信和集成光学中具有重要的应用.ItIo0ItIo0开关微分放大☆前页两图分别表示双稳装置作为微分放大器的工作状态图和作为快速开关（在理论上可以达到s）的工作状态。☆下图是作为记忆元件的状态图，此图即是开始所讲的两种状态的“迟滞回线”ItIo0记忆☆显示技术上—基于光学双

6、稳态的有源矩阵显示技术☆制作光学制全光学计算机或电子光学混合计算机