無衍射光傳播與調(diào)控的研究.pdf

1、空間有限大小的光波，由于攜帶了各個角度的傳播分量，在真空或均勻介質(zhì)中線性傳播時能量總是趨于發(fā)散分布，稱為光束的衍射，在光學或者其它系統(tǒng)中有著類似這樣的現(xiàn)象，比如光的色散，物質(zhì)波的衍射等等。盡管這些系統(tǒng)的物理機制不同，但是由于它們數(shù)學表述的相似性，因而其現(xiàn)象可以類比。傳播相同的距離，尺寸越小的光束發(fā)生這種現(xiàn)象則越明顯。近來，微納光子學的研究如火如荼，光束在這個尺度上的衍射更加不可避免。那么怎么對光束進行無衍射調(diào)控成為一個研究熱點。本論文不

2、僅研究了均勻介質(zhì)中無衍射光的線性和非線性調(diào)控，而且利用非線性對光子晶格中的衍射進行平衡形成了形式各樣的晶格孤子。本論文的主要內(nèi)容及取得的結(jié)果如下：
　　 首先對無衍射Airy光束實施了線性和非線性調(diào)控：(1)提出一種線性調(diào)控手段，不僅能改變無衍射Airy光束的傳播軌跡，而且還能沿軌跡調(diào)整光強峰值出現(xiàn)的位置；(2)首次從實驗和理論上成功構(gòu)造出“兩翼”間夾角不為90。的畸變Airy光束，并研究了它們的傳播特性，發(fā)現(xiàn)鈍角的畸變Airy

3、光束和銳角的畸變Airy光束在線性演化的過程中兩翼分別收攏和展開，而前者比后者能更好地保持Airy光束的特性；(3)首次從實驗上研究了無衍射Airy光束在自聚焦或自散焦非線性下的演化過程，發(fā)現(xiàn)Airy光束在自散焦非線性下發(fā)生了反常衍射，并且在接下來的線性傳播中能更好地保持它的形態(tài)，而在自聚焦非線性下，Airy光束的強度分布和加速特性都沒有保持。
　　 其次利用特殊的混合非線性來平衡光子晶格中的衍射，產(chǎn)生了眾多無衍射的光學孤子態(tài)：

4、(1)利用混合非線性的各向異性，即在兩個垂直的方向上分別具有最強的自聚焦和自散焦非線性，可以選擇性地平衡同一二維光子晶格中不同類型的衍射，形成模式分別在半無限禁帶、第一布洛赫帶以及第一布拉格帶隙中的無衍射的光學孤子串。實驗和數(shù)值模擬都表明混合非線性是選擇平衡不同衍射形成不同帶隙孤子串或者不同帶內(nèi)孤子串的關(guān)鍵，同時我們還首次觀測到利用自聚焦非線性平衡正常衍射形成的帶內(nèi)孤子串；(2)利用特殊的混合非線性與光誘導光子晶格第一布洛赫帶X點的鞍形

5、衍射達到完美的平衡，產(chǎn)生了一種新穎的二維非線性無衍射態(tài)——二維帶隙鞍點孤子。這種孤子和以前發(fā)現(xiàn)的任何帶隙孤子都不一樣，它的相位結(jié)構(gòu)接近帶隙結(jié)構(gòu)中第一布洛赫帶鞍點的布洛赫模式，同時它在傅立葉空間的頻譜主要集中在第一布里淵區(qū)的兩個X點上。另外，我們還觀察到了不穩(wěn)定的帶內(nèi)鞍點孤子；(3)利用混合非線性，我們首次從實驗和理論上平衡了M點處的反常衍射，在二維光子晶格中形成了無衍射的橢圓帶隙孤子。
　　 最后，首次從實驗和理論上在一維的簡單