非局域空间光孤子的理论研究进展(2)--强非局域篇

本系列论文对非局域空间光孤子的理论研究进展进行了综述。强非局域篇讨论在强非局域程度条件下空间光孤子的传输特性。     

非局域空间光孤子的理论研究进展(1)-弱非局域篇

本系列论文对非局域空间光孤子的理论研究进展进行了综述。弱非局域篇讨论在弱非局域程度条件下空间光孤子的传输特性。     

弱非局域空间光孤子的偏振耦合

基于麦克斯韦方程,得到自聚焦弱非局域非线性平板波导中TE和TM偏振的耦合双光束的演化方程.利用变分法分析了耦合双光束的传输规律,得到耦合空间孤子的动力学方程.发现随着非局域参量γ的增大,耦合空间孤子相互作用势曲线在峰值处出现凹陷.最后用分步傅立叶积分法对双光束的传输进行了数值模拟.     

非局域非线性中奇异空间光孤子传输特性研究

基于非局域非线性介质中空间光孤子的理论模型,采用分部傅里叶算法,我们研究了空间孤子在二维非局域非线性介质中的传输特性及其稳定性。结果表明,在该介质中存在Laguerre-Gauss（拉盖尔-高斯）型的空间孤子;孤子的传输特性受非局域介质的调制系数、调制深度,以及光束的初始条件等调控,并且传输距离的越大,影响越显著。本文的结果对完善和充实空间孤子理论体系有重要意义。     

非局域椭圆厄米—高斯空间光孤子与相移

研究了椭圆厄米-高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性。依据强非局域介质响应函数特征宽度远大于光束束宽的原理,对介质响应函数做两次泰勒级数展开,都近似取到二阶,得到了非局域非线性薛定谔方程对应的近似的拉格朗日密度函数。在此基础上,运用变分法得到了椭圆厄米-高斯光束各参量的演化方程、演化规律和两个临界功率。当光束、响应函数的椭圆率满足一定条件时,两个临界功率可以相等。当初始功率等于这一临界功率,光束从光腰处入射时,可得到椭圆厄米-高斯空间光孤子。进一步分析发现椭圆厄米-高斯空间光孤子的相移与介质椭圆率和孤子阶数有密切关系,当介质椭圆率和孤子阶数取不同值时,可产生大的正相移、零相移,甚至负相移。     

非局域多色矢量孤子

数值研究了弱非局域kerr介质中的多色矢量孤子,表明该介质能以更小入射功率支持该矢量孤子且能使其稳定传播。形成孤子时的宽度谱都随着波长增大而增大,与光束的入射功率谱无关;而等光强入射时形成的光强谱却随着波长增大而减小。通过比较发现弱非局域情况下的光强谱和宽度谱变化规律比强非局域情况更明显。     

强非局域介质中的厄米-椭圆高斯空间光孤子

研究了傍轴厄米-椭圆高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性.依据强非局域介质响应函数特征宽度远大于光束束宽,对非局域非线性薛定谔方程进行了近似简化,得到了介质响应函数为椭圆对称情形下的强非局域模型.在此基础上利用分离变量法得到了厄米-椭圆高斯空间光孤子解析解及其形成的条件.进一步研究发现,随着厄米-椭圆高斯空间光孤子阶数的增大,光束束宽增大,介质的非局域程度相对减弱;要获得高阶椭圆高斯空间光孤子,必须提高非局域介质的非局域程度.最低阶的厄米-椭圆高斯空间光孤子就是椭圆高斯空间光孤子.     

含电阻中心对称光折变非相干耦合空间孤子对

为了得到含分压电阻的中心对称光折变非相干耦合空间孤子对的结果,采用数值模拟方法对这种孤子对的特性进行了理论分析。结果表明,这种孤子对是由两束偏振方向和波长都相同的互不相干光束耦合形成的。当分压电阻取不同值时,可分别得到有、无分压电阻的非相干耦合屏蔽孤子对。预言了亮-亮,暗-暗和亮-暗非相干耦合空间孤子对可存在于中心对称光折变介质中。     

非局域非线性介质中的非傍轴空间光孤子

空间光孤子在非线性光学中占有非常重要的地位,而大多数理论都是在傍轴条件下得到的,无法满足初始光束大角度入射情况的应用。利用亥姆霍兹理论研究了非局域非线性介质中的一维非傍轴空间光孤子。在强和弱非局域的两种情况下,得到了非局域非线性非傍轴方程的精确解析解。通过数值研究发现非局域程度可以影响孤子的束宽,但不影响其稳定性。反之,非傍轴系数可以影响孤子稳定性,但不影响其宽度。     

光折变空间光孤子的研究进展

对光折变空间光孤子的物理机理及研究进展进行了概括介绍,并对它们的应用前景进行了展望。     

双光子光折变屏蔽光伏亮孤子相互作用研究

为了得到双光子光折变屏蔽光伏亮孤子相互作用的结果,采用数值模拟方法,对外加电场的双光子光伏光折变介质中屏蔽光伏亮孤子的相互作用进行了理论研究,结果表明:同相位的两孤子相互吸引,并伴有融合现象,且发生融合时的作用距离随孤子初始间距的增大而增大;相位相反的两孤子相互排斥,排斥作用随孤子初始间距的减小而增强;当两孤子的相位差位于区间(0,π)和(π,2π)中时,其作用过程中伴有能量的转移,两区间中能量转移方向相反.在扩散效应影响下,同相位两孤子的相互作用不再是原来的融合,而是趋于分离,且光束之间存在能量耦合;相位相反的两孤子的相互作用不再是相互排斥,而是既互相排斥,同时又向同侧偏转.     

温度对屏蔽光伏明孤子稳定性的影响

研究了温度对加外电压的光伏光折变晶体中屏蔽光伏明孤子稳定性的影响。在某一晶体温度下形成的稳定屏蔽光伏明孤子,当温度在一个较小范围内变化时,孤子能够克服较小的微扰而保持其稳定性。当温度发生足够大的变化而超出这一稳定温度范围时,孤子将变得不稳定。通过改变晶体的温度能使一个不稳定的孤子变得稳定。     

扩散对非相干耦合屏蔽光伏亮孤子之间相互作用的影响

为了得到扩散效应对非相干耦合屏蔽光伏亮-亮孤子对相互作用的影响的结果,将两束互不相干的光束做为入射波,采用数值方法求解有扩散的波传播方程.结果表明,当两孤子中心间距适当的条件下,非相干屏蔽光伏亮孤子对之间发生相互吸引和缠绕现象;如果两孤子间距过大或过小时,孤子之间没有相互作用.扩散效应使两孤子光束整体向同一方向偏转.     

光折变屏蔽光伏亮孤子相互作用研究

为了得到两个或多个光折变屏蔽光伏亮孤子之间相互作用结果,采用数值方法分析了两个或多个屏蔽光伏亮孤子之间的相互作用。两同相孤子作用时表现为相互吸引,并伴有融合现象,且孤子融合发生时的作用距离随着孤子初始间距的增大而增大;两反向孤子相互排斥,且排斥作用随孤子初始间距的减小而增强;当两孤子的相位差位于区间(0,π)和(-π,0)中时,其相互作用过程中伴有能量的转移,两区间中能量转移方向相反。多个同向孤子相互作用时,不同于两个孤子周期的融合和分开,而是在整体吸引过程中发生孤子的逐步融合作用。当中间孤子与两边孤子的相位差是π/2时,多个孤子之间存在能量转换。而邻近相互反相的多个孤子相互作用时,能保持很好的稳定性传播。结果表明,这种相对相位控制下的两孤子问相互作用的变化有望用于光开关器件。多个孤子作用结果对形成孤子阵列及阵列波导具有指导意义。     

闭路光伏明空间光孤子的自偏转特性

利用微扰方法,通过考虑扩散效应的影响,分析了闭路光伏光折变晶体中的光伏明空间光孤子的自偏转特性。结果表明,光伏明孤子的中心沿着一条抛物线轨迹偏转,中央空间频率分量随传播距离线性移动。无论是空间位移还是偏向角都正比于分别同漂移效应和光伏效应相关的两个无量纲量的积。闭路光伏明孤子具有同屏蔽明孤子相类似的自偏转特征。     

双光子亮屏蔽光伏空间孤子的自偏转特性

基于外加电场的双光子光伏光折变介质,数值研究了光折变介质中亮屏蔽光伏孤子的自偏转特性。结果表明：考虑扩散效应后,双光子亮屏蔽光伏孤子的中心沿一个抛物线轨迹在晶体光轴的反向上产生自偏转;孤子中心偏转距离首先随着外加电场的增加而增加,当外加电场增加到某一特定值后,孤子的自偏转距离随着外加电场的继续增加反而减小。亮孤子自偏转距离随着入射光强的增加也表现出先增加后减小的非线性变化规律。     

双光子光折变材料中低振幅屏蔽光伏空间孤子

为了得到低振幅双光子屏蔽光伏空间孤子的结果,对外加电场的双光子光伏光折变介质中低振幅空间孤子进行了研究。给出了低振幅双光子屏蔽光伏亮和暗孤子的解析表达式,并推导出了孤子宽度的显式表达式。结果表明,低振幅双光子屏蔽光伏孤子可以看成是双光子低振幅屏蔽孤子和双光子低振幅光伏孤子的统一形式。当外加电场很强可忽略光伏效应时,它转化成低振幅屏蔽孤子;当外偏压为0时,它相当于开路或闭路的低振幅光伏孤子。该研究结果为空间光孤子理论的发展提供了理论依据。