強非局域空間光孤子傳輸特性研究.pdf

1、自1960年第一臺紅寶石激光器問世以來,激光光學得到了迅猛的發(fā)展。激光光束在非線性介質(zhì)中傳輸時會發(fā)生自陷現(xiàn)象,這種自陷現(xiàn)象的產(chǎn)生來自于光束與介質(zhì)發(fā)生的非線性效應而導致光束被壓縮。而光束在傳輸時發(fā)生的衍射效應將使得光束有展寬的趨勢。當這兩種效應達到平衡時便形成了光孤子。光孤子能夠?qū)崿F(xiàn)自導、并保持穩(wěn)定的傳輸。這種誘導孤子波導可以用來引導信號光,從而實現(xiàn)光控制光、光子開關和光子邏輯門等光子信息處理器件。由于空間光孤子在全光控制技術、光子信息處

2、理和全光通信技術中具有潛在應用價值,所以,空間光孤子始終是非線性光學領域里的一個研究熱點。迄今為止,對空間光孤子的研究多數(shù)局限在局域響應的非線性介質(zhì)。
　　本文主要研究了強非局域非線性介質(zhì)中激光光束的傳輸特性及其光孤子之間的相互作用,共分五章。
　　第一章:回顧光孤子的研究歷史,對近年來關于非局域空間光孤子,特別是強非局域非線性介質(zhì)中空間光孤子的研究現(xiàn)狀做了較詳細的綜述。
　　第二章:利用強非局域非線性介質(zhì)中傍軸光束傳

3、輸?shù)木€性模型,根據(jù)不共面對稱斜入射(1+2)維空間光孤子相互作用的解析解討論了短程作用的情況。由能量守恒和動量守恒發(fā)現(xiàn),這樣的孤子在傳輸過程中其質(zhì)心軌跡隨著光束之間存在相位差而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。給出了最佳相位差,即以該相位差入射可以使光束質(zhì)心偏轉(zhuǎn)達到最大,使得在強非局域介質(zhì)中通過調(diào)節(jié)相位差對三維光孤子實現(xiàn)全光控制成為可能。不同的振幅比對質(zhì)心偏轉(zhuǎn)也有影響。文章數(shù)值模擬了(1+2)維光孤子傳輸過程中坡印廷矢量(能流密度),分析了光孤子在傳輸過程中的

4、坡印廷矢量變化,揭開了三維空間光孤子圍繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的物理本質(zhì)。
　　第三章:討論了笛卡爾坐標系下(1+1)維和(1+2)維光束傳輸過程,得到了強非局域非線性介質(zhì)中傳輸光束的復宗量厄米高斯型解,該解為拋物線柱函數(shù)對高斯光束的調(diào)制。在一定條件下共線傳輸?shù)膹妥诹慷蛎赘咚剐凸馐莼癁闇u旋光束。給出了單束復宗量和渦旋復宗量厄米高斯光束在臨界功率下的傳輸過程,發(fā)現(xiàn)他們在傳輸過程中光束截面光斑尺寸呈現(xiàn)出周期性的呼吸變化,即為呼吸子或旋轉(zhuǎn)渦旋呼吸子

5、。
　　第四章:利用修正 Snyder-Mitchell模型討論了兩束共線(即光束中心和傳輸方向都相同)拉蓋爾高斯型光孤子的傳輸過程。改變雙光束的相對階數(shù)和相對強度比,疊加光場在傳輸截面上的光強分布呈現(xiàn)出多樣性。首次通過疊加的方法在該介質(zhì)中產(chǎn)生了多環(huán)形光孤子和渦旋光孤子。在一定條件下傳輸光束在傳輸過程中會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象,疊加光場成為旋轉(zhuǎn)光場,給出了旋轉(zhuǎn)光束的旋轉(zhuǎn)條件以及旋轉(zhuǎn)速度。利用拉蓋爾高斯光束在傳輸過程中特有的螺旋相位特點分析了

6、光場截面強度多樣性產(chǎn)生的物理機理。渦旋光孤子旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象可以通過疊加光場中估衣相位來解釋。
　　第五章:討論了橢圓坐標系下強非局域非線性介質(zhì)中光束的傳輸過程。通過設立因氏多項式對高斯函數(shù)的調(diào)制解得到了光束穩(wěn)定傳輸?shù)囊蚴细咚剐徒?。當因氏高斯光束的入射功率為臨界功率時,光束保持孤子形態(tài)穩(wěn)定傳輸,否則傳輸光束的束寬呈現(xiàn)周期性波動,即為呼吸子形態(tài)。文章數(shù)值模擬了因氏高斯型呼吸子的傳輸過程。因氏高斯型光束在一定條件下可以連續(xù)轉(zhuǎn)換為厄米高斯型光