高階效應(yīng)影響下光孤立波在負(fù)折射介質(zhì)中的傳輸特性研究.pdf

1、負(fù)折射介質(zhì)是一種人工合成的、介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ同時為負(fù)值的電磁材料，它能夠表現(xiàn)出自然界中常規(guī)介質(zhì)所不具有的許多特殊電磁特性。近年來，這種新型人工電磁材料得到了快速的發(fā)展，受到了包括光學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)、通信學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。隨著近紅外和可見光頻段非線性負(fù)折射介質(zhì)的研制成功，負(fù)折射介質(zhì)中豐富的非線性特性也逐漸引起了人們的注意，超短光脈沖在負(fù)折射介質(zhì)中的傳輸及其在光器件和全光控制等方面的應(yīng)用也成為了新的研究熱點。
　　

2、本文主要研究了高階效應(yīng)影響下的光孤立波在負(fù)折射介質(zhì)中的傳輸特性。從Maxwell方程組出發(fā)，推導(dǎo)出能夠描述飛秒光脈沖在負(fù)折射介質(zhì)中傳輸?shù)臍w一化高階非線性Schr(o)dinger方程。接著，通過擬解法分別求解出該模型的亮、灰（暗）孤立波精確解，并且詳細(xì)分析了各高階效應(yīng)對于孤立波傳輸特性的影響。研究結(jié)果對于進一步從數(shù)值模擬上研究負(fù)折射介質(zhì)中光孤立波及其穩(wěn)定性，以及相關(guān)光器件應(yīng)用方面具有一定的價值。
　　本文的主要內(nèi)容如下:
　

3、　(1)首先介紹了負(fù)折射介質(zhì)的概念、發(fā)展歷史及不同于傳統(tǒng)常規(guī)介質(zhì)的電磁特性，負(fù)折射介質(zhì)在微波、近紅外及可見光波頻段的實現(xiàn)，以及目前在負(fù)折射介質(zhì)中有關(guān)光孤立波的國內(nèi)外研究狀況。
　　(2)從Maxwell方程組出發(fā)，基于Scalora等人考慮色散磁導(dǎo)率的負(fù)折射介質(zhì)中光脈沖傳輸理論模型，推導(dǎo)出可以描述負(fù)折射介質(zhì)中飛秒光脈沖傳輸?shù)臍w一化非線性Schr(o)dinger方程，該模型包含了高階色散與非線性效應(yīng)，尤其包含了常規(guī)介質(zhì)中光脈沖傳輸

4、所不具有的二階非線性色散效應(yīng)，并且顯式地給出了各階色散與非線性效應(yīng)同負(fù)介電常數(shù)ε和負(fù)磁導(dǎo)率μ的關(guān)系。依據(jù)Drude色散模型，詳細(xì)分析了各階效應(yīng)的參數(shù)取值模型，結(jié)論充分說明通過調(diào)整負(fù)折射介質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以改變介電常數(shù)ε和負(fù)磁導(dǎo)率μ，從而達(dá)到控制各階色散與非線性效應(yīng)的目的，這對于負(fù)折射介質(zhì)中孤立波的形成及實現(xiàn)全光控制具有一定的意義。
　　(3)基于推導(dǎo)的非線性Schr(o)dinger方程，通過擬解方法，解析得到在不同高階效應(yīng)平衡下三種形

5、式的亮孤立波解，并且詳細(xì)分析了這三種亮孤立波在負(fù)折射介質(zhì)中的存在條件、孤立波特性以及各高階效應(yīng)對于亮孤立波傳輸特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下亮孤立波可以存在于負(fù)折射介質(zhì)中，并且高階效應(yīng)對于亮孤立波解的影響比較明顯，使得孤立波能夠表現(xiàn)出不同于常規(guī)介質(zhì)中的一些特性。而對于含有五階非線性和二階非線性色散效應(yīng)的亮孤立波解來說，在負(fù)折射介質(zhì)中很難存在，但是這種亮孤立波在人工合成的正常色散介質(zhì)中卻可以存在。
　?。?)同樣，采用擬解法解析