光折變晶體中光束的傳輸與控制研究——類行波空間孤子的傳輸與控制研究.pdf

1、光折變空間孤子在光通信、光互連、光存儲光學(xué)器件設(shè)計和光計算等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景，近十幾年，對于光折變空間孤子的研究一直是人們關(guān)注的熱點。本文是在研究空間孤子的偏轉(zhuǎn)控制時，提出了類行波空間孤子的概念，并主要研究了類行波空間孤子在光折變晶體中的傳輸與控制。 本文在系統(tǒng)地研究了光折變空間孤子的基本理論的基礎(chǔ)上，給出了加偏壓的光伏光折變晶體非線性方程簡化形式，為研究光束在光折變介質(zhì)中的傳播特性提供了便利，研究了光折變非線性方程的數(shù)值處理

2、方法，提出了類Crank-Nicholson有限差分算法，并改進(jìn)了分步傅里葉變換算法，并用該算法數(shù)值地研究了變量分離空間孤子的傳播特性。 提出了類行波空間孤子的概念，并給出形成類行波空間孤子的條件。類行波空間孤子的振幅和相位均是組合變量的函數(shù)，并且只有亮孤子一種形式。研究發(fā)現(xiàn)：類行波空間孤子在晶體中傳播時偏離初始的入射方向，偏轉(zhuǎn)角和偏轉(zhuǎn)方向取決于類行波空間孤子的橫向相位調(diào)制系數(shù)，這種特性可以用于對光束的偏轉(zhuǎn)控制。 進(jìn)一步

3、研究了類行波空間孤子的相互作用。對于相干相互作用，相互作用力的大小與孤子的相對強(qiáng)度、相對間距以及晶體的外加電場的大小有關(guān)，孤子的相對強(qiáng)度越大，相對間距越小以及晶體外加電場越強(qiáng)相互作用力越大，同相相吸，反相相斥，當(dāng)間距較小時只發(fā)生有限次碰撞后分開，且能量轉(zhuǎn)移比較明顯，多束孤子相干相互作用有光計算的潛在應(yīng)用。對于非相干相互作用只表現(xiàn)相互吸引，吸引力的大小與孤子間距和晶體外加電場大小有關(guān)，當(dāng)間距較小時會出現(xiàn)交叉扭結(jié)現(xiàn)象。 研究了高斯光

4、束在光折變晶體中的演化。研究結(jié)果表明，在光折變晶體中高斯光束的振幅和寬度按指數(shù)規(guī)律變化或者周期振蕩，但是其振幅的平方與寬度的乘積保持不變；在一定的條件下光折變晶體中可以支持高斯型孤子，文中給出了高斯光束與亮孤子匹配的近似條件。還研究高斯光束在外加空間調(diào)制電場的光折變晶體中的演化，提出了用空間離散分布電場替代線性分布電場。高斯光束在外加空間調(diào)制電場的光折變晶體中傳播時，其寬度受到外加電場的調(diào)制；該特性可以用來對光束的整形。高斯光束對在外加

5、空間調(diào)制電場的光折變晶體中的相互作用時同相相吸和反相相斥，由于光束傳輸受外加電場的調(diào)制，可以通過調(diào)整外加電場來控制光束的偏轉(zhuǎn)，還可以控制光束平行傳輸靠得更近，這對用相干光束形成孤子陣列和陣列波導(dǎo)有重要的參考價值。 最后在實驗上研究了部分空間非相干光暗空間光伏孤子，暗孤子所感應(yīng)的波導(dǎo)對部分空間非相干光與激光有導(dǎo)向作用，兩個靠近并平行傳播的一維部分空間非相干光光伏暗空間孤子感應(yīng)的波導(dǎo)可以實現(xiàn)能量定向耦合，改變兩束暗孤子的間距可以調(diào)整