利用飽和吸收體研究雷射的時空模態變化

Abstract

時空形態 (Spatiotemporal pattern formations)經常自發性地出現在自然界的系統中，其中包括流體動力、化學反應、及雷射光學等系統處在遠離熱力平衡時(far from thermodynamic equilibrium) ，經常有一些特有的時空形態出現。在光學系統中，有兩種空間局部形態(localized structures)可能出現，一種是光漩渦 (optical vortex)，另一種是空間光固子(spatial solitons)。一般預期在雷射系統中也有共同的特徵。漩渦結構在自然界中是很重要的物理現象，而在光學共振腔裏的空間光固子通常稱之共振腔固子。最近幾年共振腔固子已引起許多的科學研究。依據場強度分佈來區分，共振腔固子可分為相位型與振幅型的空間光固子。通常相位型空間光固子是暗環的形式(dark rings) ，而振幅型空間光固子是亮點的形式(bright spots) 。理論研究已顯示相位型與振幅型的空間光固子是可以同時出現在光學共振腔裏。 目前許多的理論研究已發現在雷射共振腔內置入飽和吸收體，有機會產生振幅型空間光固子。另一方面，由時間動力學的觀點出發，有飽和吸收體的雷射腔可產生自發性的時序脈衝 (Q-switching 或 mode-locking) 。本計畫我們將建立一雷射實驗系統，研究微晶片雷射中置入飽和吸收體後的橫模形態動力學。另外，我們也將進行理論分析與實驗做一比較並找出其基本物理機制。