Dispersive Properties of Plasma Diffraction Gratings: Towards Plasma-Based Laser Pulse Compression
Stanford University（斯坦福大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过实验测量等离子体传输光栅的角色散、角带宽和衍射角，证实其色散和衍射特性与光学理论一致，为等离子体光栅压缩器设计提供可能方案，指向皮瓦至艾瓦峰值功率紧凑激光器的发展路径。
2026-04-29 physics.optics physics.plasm-ph
Continuous wave driving elucidates the desynchronisation dynamics of ultrashort dissipative Raman solitons generated in dispersive Kerr resonators
该研究通过数值模拟证实连续波驱动下也能存在拉曼孤子，借此阐明了脉冲驱动系统中失同步对超短耗散拉曼孤子存在性与特性的作用机制，并定性解释了孤子可存在的失同步范围。
2024-05-21 physics.optics
Vector Focus Wave Modes with Elliptic Cross-Section
本文推导了矢量马蒂厄光束并叠加产生飞秒脉冲，通过角色散补偿衍射和色散，讨论了不同模式的强度、时长、角色散和偏振态，适用于精密材料加工。
2023-10-15 physics.optics
Debye representation of dispersive focused waves
我们报告基于矩阵的衍射积分，评估任何衍射限制轴对称复杂系统的焦点领域。这个衍射公式是德拜积分应用于有光阑聚焦光束的推广，可以适用于宽带问题。纵向色差可能会限制德拜公式的方便性，此外，还提供了焦点周围的有效性空间边界。当聚焦几何的菲涅耳数大大超过1时，为了保证聚焦区域完全进入德拜近似的有效区域，重新表述了菲涅耳数。我们已经应用基于矩阵的德拜积分的几个例子。具体地说，我们提出了一种具有强角色散和无纵向色差的光束聚焦光学系统。这种简单的形式主义为分析和设计具有任意角色散的聚焦光束留下了一扇敞开的大门。我们的结果对超短脉冲和多色非相干光源是有效的。
2006-09-04 physics.optics
Localized and stationary light wave modes in dispersive media
在最近的实验中，利用飞秒脉冲在二阶非线性过程中产生了定域和平稳脉冲，其渐近特性与线性色散介质中无衍射无色散多色贝塞尔光束的渐近特性有关。我们调查这些线性波的性质，并表明，他们可以确定与X形（O形）模式的双曲（椭圆）波方程在正常（异常）色散介质。取决于模式相位失配、相对于平面脉冲的群速度失配以及被击败的群速度色散的相对强度，这些模式可以分别采用脉冲贝塞尔光束、聚焦波模式和X波（O波）的形式。
2003-09-18 physics.optics
Diffraction-free space-time beams
无衍射光束自由传播而不改变形状和尺度。避免衍射扩展的单色光束需要二维横向轮廓，并且对于限于一个横向维度的轮廓没有对应的解决方案。在这里，我们证明了时间的自由度可以被利用来有效地合成一维脉冲光学片，在自由空间中自相似地传播。通过在光束的时空自由度之间引入可编程的圆锥形（双曲线、抛物线或椭圆形）光谱相关性，产生了连续的轴向不变脉冲局域光束族。这种光束的光谱轨迹是光锥与时空光谱平面相交处的降维轨迹。自相似轴向传播远非例外，它是空间和时间自由度紧密相关的场的一般特征。这些一维的“时空”光束在光学薄片显微镜、非线性光谱学和非接触测量中是有用的。
2017-07-12 physics.optics
Quantum X Waves with Orbital Angular Momentum in Nonlinear Dispersive Media
本文提出了色散介质中具有轨道角动量的广义X波的完整和自洽的量子理论。我们表明，由此产生的量子化光脉冲既不受色散也不受衍射的影响，因此对外部扰动有弹性。本文还详细讨论了二次非线性介质和克尔非线性介质中量子X波的非线性相互作用。
2017-04-24 physics.optics quant-ph
Pulsed heterodyne detection enables fiber-compatible, high-specificity Brillouin biomechanics in intact tissue and the living brain
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Institute of Plant Physiology and Ecology, CAS Centre for Excellence in Molecular Plant Sciences, Chinese Academy of Sciences（中国科学院分子植物科学卓越创新中心）
提出脉冲外差布里渊探测（PHBD）方法，通过高功率脉冲激发和相干时间门控，实现高光谱分辨率外探测显微和内窥成像，显著降低光剂量并抑制光纤背景噪声。
2026-09-15 physics.optics
Gaussian beams diffracting in time
我们展示了如何将任何单色近轴光束的数学表达式转换为脉冲光束的衍射从轴向切换到其时间结构的表达式。我们用时间衍射高斯光束来描述这种变换。讨论了所得到的无衍射波具有物理意义的条件。
2017-12-13 physics.optics
Time reversal of light by linear dispersive filtering near atomic resonance
基于傍轴衍射和色散数学描述的相似性，光脉冲的时间成像结合了线性色散滤波器和作为时间透镜的二次相位调制。我们考虑在稀土离子掺杂的晶体中，在原子共振附近编程色散滤波器，这导致前所未有的高色散功率值。该滤波器用于近似成像方案中，结合单个时间透镜和单个色散部分，并作为时间反转装置操作，在射频信号处理中具有潜在的应用。该方案与啁啾脉冲的三脉冲光子回波密切相关，但与时间成像和色散滤波的联系强调了新的功能。
2013-05-24 physics.optics quant-ph
X-wave mediated instability of plane waves in Kerr media
克尔介质中的平面波自发地产生近轴X波（即非色散和非衍射脉冲光束），并在传播过程中被放大。这种效应可以被认为是锥形发射的一种形式（即时空调制不稳定性），并且可以用作解释正常色散材料中聚焦脉冲分裂过程中轴外能量发射的关键。一类新的时空局域波图案被确定。X波不稳定性和非线性X波，也预期在周期性玻色凝聚气体。
2003-02-17 physics.optics
Dispersive detection of atomic ensembles in the presence of strong lensing
我们从实验和理论上研究了非共振光在稠密、空间均匀的超冷原子气体中的介质传播效应。专注于频率调制光谱作为原子的色散检测工具，我们观察到，折射率梯度折射率透镜提出的局部原子系综可以显着修改的色散信号的解释，即使是大探头失谐，由于集体色散响应的原子。我们确定薄和厚的原子透镜之间的区分标准，导致无论是衍射为主和透镜为主的制度，外出的探测光束。我们的结果与实验数据和近轴波动方程的解是一致的。我们的研究为超冷原子的色散、最小侵入光学探测和成像方案提供了重要的实用见解，并将在许多应用中选择最佳参数机制。
2020-02-25 cond-mat.quant-gas physics.optics
Single-Order Transmission Diffraction Gratings based on Dispersion Engineered All-dielectric Metasurfaces
提出了一种基于色散工程全介质超颖表面的单级透射衍射光栅，并对其波长鉴别特性进行了理论分析和数值模拟。超表面的设计使用的全介质谐振器，它模仿惠更斯源配置，以实现一个完美的匹配，以自由空间在宽带宽的2D阵列。使用多孔介电纳米盘结构作为单位单元，谐振波长在超颖表面上逐渐变细，以设计波长相关的空间相位梯度，以模拟色散棱镜。因此，不同的波长被转向不同的方向，从而在输出图像平面上被区分。由于所涉及的亚波长周期性，与传统的衍射光栅不同，直接在器件的第零衍射级中实现波长鉴别，从而提供了高效的波长鉴别器件。
2016-04-22 physics.optics
Temporal Talbot effect in free space
时间Talbot效应是指在色散介质中传播的脉冲训练的周期性恢复，并且是空间Talbot效应的时间模拟，其中时间上的群速度色散代替空间上的衍射。由于典型的大时间塔尔博特长度，这种效应迄今为止只在单模光纤中观察到，而不是在体色散介质中自由传播的场。在这里，我们证明了第一次在自由空间中的时间Talbot效应，采用色散时空波包，其时空结构诱导的群速度色散的大小和符号可控的自由空间。
2021-03-23 physics.optics
Quenching nitrogen-vacancy center photoluminescence with infrared pulsed laser
近年来，含有氮空位（NV）色心的金刚石纳米晶体已被用作近场和细胞成像的荧光探针。在这项工作中，我们报告了一个红外（IR）脉冲激发光束可以淬灭的NV色心的光致发光的钻石晶体（尺寸< 50 nm）的消光比高达~ 90%。我们将这种效应归因于金刚石基质对多光子吸收的连续加热。这种淬灭是可逆的：当IR激光束关闭时，光致发光强度回到其原始值，典型的响应时间为几百皮秒，允许快速控制NV色心光致发光。我们使用这种效应来实现荧光金刚石纳米晶体在盖玻片上的亚衍射极限成像。为此，在基态耗尽超分辨技术中，我们将绿色激发激光束与控制IR耗尽激光束在将其强度轮廓成形为甜甜圈形式之后组合，使得发射仅来自亚波长尺寸的中心部分。
2013-02-08 physics.optics
The consequences of non-differentiable angular dispersion in optics: Tilted pulse fronts versus space-time wave packets
传统的衍射和色散装置将角色散（AD）引入脉冲光场中，从而产生所谓的“倾斜脉冲波前”。自然地，总是假设与AD相关联的波长相关的传播角的函数形式相对于波长是可微的。时空波包-脉冲光束，其中的空间和时间的自由度是不可分割地交织在一起-的研究中的最新进展指出存在不可微AD：场配置中的传播角不具有在某些波长的导数。在这里，我们调查的后果引入不可微AD到脉冲场，并表明它是实现群速度偏离$c$（在真空中的光的速度）沿传播轴在自由空间中所需的关键成分。相比之下，在轴上的相速度和群速度总是相等的常规方案。此外，我们表明，不可微AD是需要实现异常或正常的群速度色散沿传播轴，同时抑制所有高阶色散项。这些和其他几个后果的不可微AD的实验验证使用脉冲束整形器能够引入AD与任意光谱轮廓。不可微AD不是一种奇特的现象，而是一种可访问的，鲁棒的和通用的资源，用于雕刻脉冲光场。
2021-09-15 physics.optics
Analytical modeling of time-varying and dispersive metasurfaces with surface susceptibility operators
本文将GSTCs中的表面极化率扩展为可处理的算子形式，以建模任意时间调制与材料色散的超表面，并推导偶极散射体阵列公式，且经全波仿真验证。
2025-03-17 physics.optics
Fusion Between Frozen-Wave-Type Beams and Airy-Type Pulses: Diffraction-Dispersion-Attenuation Resistant Vortex Pulses in Absorbing Media
在本文中，我们执行两个重要的理论方法之间的融合，一个与冻结波光束，这是无衍射光束的纵向强度模式可以选择一个先验的介质（吸收或不），和其他相关的Airy型脉冲，这是耐色散材料中的色散效应的脉冲。因此，出现了一种新的方法，能够提供抗三种伴随效应的涡流脉冲，即：衍射、色散和衰减;同时，波强度沿其传播轴的空间变化可以随意设计。这种新方法可以看作是局域波理论在近轴区域的推广，新的脉冲在光通信、非线性光学、微操作等领域有着潜在的应用前景。
2018-09-24 physics.optics
Broadband space-time wave packets propagating 70 m
脉冲光束在自由空间中的传输距离最终受到衍射和时空耦合的限制。“时空”（ST）波包是具有紧密时空谱相关性的脉冲光束，使其具有传播不变性。在这里，我们探讨ST波包的传播距离的限制。利用专门设计的灰度光刻位相板，合成了宽度为$\approx700$ ~ $μ$ m，带宽为$\sim20$ ~nm的ST光片，确定了传播距离为$\approx70$ ~m。
2019-02-05 physics.optics
Focusing and Energy Dispersion Properties of a Cylindrically Bent Asymmetric Laue Crystal
弹性弯曲单晶劳厄壳衍射晶体为成像和光谱应用提供了有趣的新机会。衍射特性是很好理解的，然而，容易建模的衍射光束的能力阻碍了评估的焦点，相位和能量色散特性需要许多应用。这项工作开始收集弯曲劳厄晶体内的射线追踪衍射光束所需的元素，以便纳入其他强大的射线追踪应用程序，如阴影。具体地，我们解决了弯曲劳厄晶体中的条件，其中当目标X射线能量满足特定的不对称角条件时，圆柱形弯曲劳厄晶体将所有多色衍射光束聚焦在单个位置处-所谓的“魔术条件”。光束的焦点尺寸可以被最小化，但这种条件也会导致优异的能量色散特性。这个有趣的聚焦和能量色散现象的概念和数学方面进行了讨论。
2020-03-22 physics.app-ph physics.optics
Optical Spatial Shock Waves in Nonlocal Nonlinear Media
色散激波是当非线性效应取代色散和衍射等线性效应时产生的一种有趣现象。冲击波的许多特性仍在研究之中，如时间脉冲传输的非瞬时性和空间光束传输的非局域性的相互作用。尽管关于光学克尔介质中的非线性波的研究文献非常丰富，但非局域介质中的空间色散冲击波由于其非常规的性质而值得进一步关注。事实上，它们已经在胶体物质、化学物理和生物光子学中被研究，用于感测和控制极端现象。在这里，我们回顾了最新发展的理论模型和最近的光学实验空间色散冲击波在非局部介质。此外，我们还讨论了与软物质和生物学相关的新型多功能材料的观察结果。
2019-12-11 physics.optics
Toward defeating diffraction and randomness for laser beam propagation in turbulent atmosphere
激光在湍流大气中的远距离传输会导致光束分裂成散斑。我们发现，最强烈的散斑近似保持高斯形状和初始准直光束的直径，而在传输过程中损失能量。每1000次大气实现中就有一次在7公里距离处产生超过初始功率20%的强烈斑点。这样的最佳实现创建有效的扩展透镜，聚焦超过真空传播的衍射极限的强烈散斑。大气层的变化每隔几毫秒就发生一次。我们建议使用强烈的散斑，大大增加了时间平均的功率输送到目标平面的触发脉冲激光操作，只有在最佳实现的时候。在强散斑处产生的功率输送和激光辐照度远远超过衍射限制光束的强度和在典型实现上的平均强度。
2017-11-08 nlin.CD nlin.PS physics.optics
Measurements of microjoule-level, few-femtosecond ultraviolet dispersive-wave pulses generated in gas-filled hollow capillary fibers
近年来，在充气中空毛细管光纤（HCF）中通过色散波发射产生高能紫外光脉冲，在紫外光谱学和光化学领域有着巨大的应用前景，受到了广泛的关注。虽然这种技术提供高能量，超快紫外脉冲的能力得到了广泛的认可，但是μ J级色散波（DW）脉冲的几fs持续时间却无法直接测量。在这篇文章中，我们证明了使用几个啁啾镜，可以在大气环境中获得几飞秒的紫外DW脉冲，而不使用真空室。脉冲的时间分布，使用自衍射频率分辨光学门控设置测量，表现出全宽半最大脉冲宽度为9.6 fs在384 nm和9.4 fs在430 nm，接近傅里叶变换的限制。此外，理论和实验研究揭示了驱动脉冲能量和HCF长度对所测DW脉冲的时间宽度和形状的强烈影响。在大气环境中获得的紫外光脉冲具有μ J量级的脉冲能量、飞秒量级的脉冲宽度和宽带波长可调谐性，具有广阔的应用前景。
2022-06-11 physics.optics
The space-time Talbot effect
由自由演化的周期性场结构的周期性复兴所体现的塔尔博特效应，已经在空间和时间上分别用不同物理性质的波观察到，其中衍射是前者的基础，色散是后者的基础。迄今为止，组合的时空塔尔博特效应尚未在任何波场中实现，因为衍射和色散是独立的物理现象，通常在不可分割的长度尺度上展开。在这里，我们报告的观察光学“时空”塔尔博特效应，即时空光晶格结构经历周期性复苏后，遭受的影响衍射和色散。所发现的时空复苏是由一个单一的自我成像的长度尺度，其中包括空间和时间的自由度。这种效应的关键是识别一个独特的脉冲光场结构，我们称之为V波，它在自由空间中具有本质上相等的衍射和色散长度，从而使自成像能够在空间和时间上同步进行。
2021-02-12 physics.optics
Omni-resonant space-time wave packets
我们从理论上和实验上验证了一类新型的无衍射脉冲光束是“全共振”：他们有显着的属性，通过平面法布里-珀罗谐振腔传输没有光谱滤波，即使他们的带宽远远超过腔谐振线宽。具有特定时空结构的超短波包与\textit{single}谐振模耦合，与其线宽无关。我们确认，这样的“时空”全共振波包保留其带宽（1.6 nm），时空分布（1.3 ps的脉冲宽度，4- $μ$ m的光束宽度），和衍射的行为后，通过腔的共振线宽为0.3 nm和0.15 nm的传输。
2019-11-29 physics.optics
Realizing normal group-velocity dispersion in free space via angular dispersion
长期以来，人们一直认为正常的群速度色散（GVD）不能通过角色散在自由空间中产生。实际上，诸如光栅或棱镜的常规衍射或色散部件仅产生异常GVD。我们确定的条件，必须满足的角色散引入到一个平面波脉冲产生正常的GVD。然后，我们利用能够引入任意角色散分布的脉冲光束整形器，在自由空间中对称地产生正常和异常的GVD，这是第一次在同一个立足点上实现。
2021-07-31 physics.optics
