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本文利用箍机动力学理论和随机模拟方法研究了双模激光系统稳态统计性质的量子噪声虚实部关联效应和色泵噪声效应。在单模激光系统中,噪声的关联(包括泵噪声和量子噪声两个噪声之间的关联他们的实都和虚部之间的关联)效应已经被广泛关注,人们在实验和理论方面都已经做了大量的研究工作,但在双模激光系统中,这种噪声之间关联的影响一直没有被考虑。在单模激光系统的研究中发现泵噪声为色噪声时能更好的解释实验数据,但在双模激光系统的研究也一直没有考虑泵噪声的色效应。本文首次在双模激光系统中引入量子噪声实虚部之间的关联和色泵噪声,具体研究了双模激光立方模型和饱和模型中泵噪声和量子噪声虚实部关联效应和色泵噪声效应,获得了下列研究成果:
采用位相锁定的方法,使双模激光系统中复场的模和位相分离,得到了非均匀展宽双模激光立方模型的光强演化的朗之万方程和相应的福克-普朗克方程,进而解析得到系统在原子谱线中心工作时两个模式的泵参数相等的情况下光强的稳态概率分布函数。结果表明:(a)在阈值以上,量子噪声虚实部关联促使强模的光强稳态概率分布由单峰结构向双峰结构向双峰结构的转变,出现类一级相变,并使光强的双时关联函数的衰减变慢,而此时,它对光强平均、光强自关联函数及交叉关联函数并没有明显的影响;(b)在阈值及阈值以下,量子噪声虚实部关联使光强自关联函数和光强交叉关联函数增大,使光强平均减小;(c)在阈值以上,量子噪声虚实部关联对两模的双时关联函数影响程度的不同,显示出两模之间存在竞争。
导出了双模激光饱模型光强演化的朗之万方程和相应的福克-普朗克方程。经数值模拟发现:(a)同立方模型一样,在阈值以上,量子噪声虚实部关联使得光强概率分布出现类一级相交;(b)在阈值及其以下,量子噪声虚实部关联使得光强涨落减小;同时,随着量子噪声虚实部关联程度的增加,光强自关联函数值和交叉关联函数值会增加,光强平均会减小;(c)损失参数K对光强稳态统计性质的影响主要体现在阈值以上,随着K值的增加,饱和模型的光强定态概率分布越来越接近立方模型,同时光强平均变小。
研究了由色泵噪声驱动的非均匀展宽双模激光立方模型。当双模激光系统中的泵噪声是指数关联的色噪声时,激光系统的稳态性质会发生明显的变化。计算机模拟的结果表明:(a)在远离阈值以上,当泵噪声关联时间7_增加时。强模的光强分布会从小光强区域逐渐转移到较大光强区域,光强自关联函数值逐渐减小到零.光强甲均先是逐渐增加后达到饱和:在此时,弱模的光强分布会在小光强区域发生局部的调整,光强自关联函数值和光强平均会先增加然后减小,最后达到饱和。两模的光强交叉关联函数值随着7_的增加先减小后增加。最后达到饱和;(b)当τ很小时,两模的光强概率分布,光强平均,光强自关联函数相同.这时两模之闸没有竞争;当τ足够大时.两模之间的竞争表现明显。
还研究了由指数关联的色泵噪声驱动的均匀展宽双模激光立方模型。与非均匀展宽激光系统相比,在均匀展宽激光系统中的光强稳态性质有明显的不同。计算机模拟结果显示:(a)在较大的泵噪声关联时间的情况下,均匀展宽激光系统中的光强概率可能出现在两个区域内,在这两个区域之间的部分。光强出现的概率相当小,儿乎为零;特别是对于相对弱的激光模,光强稳态概率分布的这种变化十分明显;(b)相对于非均匀展宽激光系统,在均匀展宽激光系统中,强模光强平均值变小.弱模光强平均值增大;(c)当泵噪声关联时间很小的时候,在两个系统中的光强的稳态统计性质并没有明显的区别。
模式竞争也是双模激光系统研究的热点之一,本文也予以关注。我们研究了非均匀展宽双模激光系统立方模型中的模式竞争现象。不同参数组合下,激光两种模式之间的竞争表现各有不同。通过计算机模拟,由结果可以看出:(a)一般情况下,在阈值及阈值以下.模式之间的竞争并不发生,而在远离阈值以上的区域,模式竞争激烈;(b)泵噪声的引入,对模式之间的竞争有一定程度的抑制;(c)一定情况下,模式之间的竞争对模耦合系数的调整的敏感性不固定,当模耦合系数ζ大约在区间|0.8,1|上变化时,模式之间的竞争也会发生迅速的改变;(d)两模泵参数的不同加入了模式之间的竞争。