波導(dǎo)陣列中光束離散傳播特性.pdf

1、近年來(lái)周期折射率分布光學(xué)波導(dǎo)陣列結(jié)構(gòu)的研究受到廣泛關(guān)注，為集成全光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開辟了新的途徑。本文旨在利用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究周期折射率分布波導(dǎo)陣列的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)光束線性離散衍射和非線性離散局域傳播的影響，進(jìn)一步尋找新的光束控制方法。論文研究不同橫向邊界條件限制和不同縱向折射率調(diào)制情況下的光束傳輸特性和控制方法。
　　對(duì)橫向無(wú)限大波導(dǎo)陣列結(jié)構(gòu)的研究表明，當(dāng)波導(dǎo)陣列的中心波導(dǎo)的折射率改變將在陣列中形成缺陷，選擇合適的參

2、數(shù)可以在缺陷波導(dǎo)中獲得穩(wěn)定傳播的線性缺陷模和非線性缺陷模(缺陷光孤子)，離散光孤子入射會(huì)被結(jié)構(gòu)缺陷排斥或捕獲。當(dāng)波導(dǎo)陣列中折射率周期分布受到調(diào)制時(shí)就形成了啁啾波導(dǎo)陣列，調(diào)節(jié)啁啾參數(shù)將可以控制離散光孤子的傳播。在高斯函數(shù)調(diào)制啁啾波導(dǎo)陣列中傳播的兩相干平行光束，初始相位差為0的同相光束相互吸引，且當(dāng)高斯函數(shù)的寬度小于某一臨界值時(shí)，兩同相光束將合二為一。初始相位差為的兩異相平行光束相互作用，在初始入射光束功率較低時(shí)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，當(dāng)初始入射光束

3、功率較高時(shí)出現(xiàn)類孤子傳播現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)節(jié)波導(dǎo)陣列的折射率橫向不均勻性可以控制光束傳播動(dòng)力學(xué)特性，這一特性在全光系統(tǒng)中具有潛在的應(yīng)用。
　　論文研究了波導(dǎo)陣列邊界對(duì)光束傳播的影響，由于界面的存在破壞了陣列的橫向?qū)ΨQ性，這使光束在界面附近傳播時(shí)產(chǎn)生了許多奇特特性，在界面附近將出現(xiàn)特殊的線性表面離散衍射和表面光孤子傳播。對(duì)線性條件下的半無(wú)限大波導(dǎo)陣列的研究表明，入射到界面附近的波導(dǎo)內(nèi)的光束受到界面的反射而形成了特殊的表面離散衍射行為；對(duì)非

4、線性條件下半無(wú)限大波導(dǎo)陣列的研究表明，在界面附近的波導(dǎo)內(nèi)，當(dāng)非線性局域與表面離散衍射達(dá)到平衡時(shí)產(chǎn)生表面離散光孤子、表面帶隙光孤子、復(fù)合表面光孤子、啁啾表面光孤子以及二維表面離散光孤子等多種特殊的光孤子行為。研究了強(qiáng)局域的空間光孤子被低強(qiáng)度的線性衍射光束以離散的方式向界面方向拉動(dòng)、兩表面離散光孤子相互作用動(dòng)力學(xué)特性、界面光孤子相互作用動(dòng)力學(xué)特性、以及斜入射到平板波導(dǎo)內(nèi)的光束在界面上的反射或透射現(xiàn)象。
　　論文研究了有限橫向尺寸的波導(dǎo)

5、陣列中的光束傳播特性。對(duì)線性介質(zhì)有限橫向尺寸波導(dǎo)陣列的研究發(fā)現(xiàn)，存在光束傳播的周期性振蕩和類Talbot效應(yīng)現(xiàn)象；當(dāng)每?jī)蓚€(gè)相鄰波導(dǎo)之間的耦合系數(shù)不同時(shí)，存在窄光束入射時(shí)受入射位置調(diào)制的呼吸子和寬光束入射時(shí)隨入射光束寬度變化的周期簡(jiǎn)諧振蕩。對(duì)非線性介質(zhì)有限橫向尺寸波導(dǎo)陣列的研究發(fā)現(xiàn)，由于非線性效應(yīng)會(huì)抵消光束的衍射，激發(fā)了多種非線性光場(chǎng)模式-表面基模、表面雙絞模、中心基模及中心雙絞模等多種模式，并且在一定條件下，中心基模、表面基模，中心雙絞

6、模和反對(duì)稱表面雙絞模穩(wěn)定傳播，而對(duì)稱表面雙絞模不穩(wěn)定傳播。
　　論文研究了縱向折射率諧振調(diào)制對(duì)波導(dǎo)陣列結(jié)構(gòu)中光束傳輸?shù)挠绊?，即在光學(xué)耦合器、無(wú)限大波導(dǎo)陣列、半無(wú)限大波導(dǎo)陣列中，由于縱向折射率諧振調(diào)制，光束的隧穿受到抑制。研究發(fā)現(xiàn)，保留在入射波導(dǎo)內(nèi)的最大功率分?jǐn)?shù)隨縱向調(diào)制頻率和深度(在線性條件下)、和入射振幅峰值(非線性條件下)的變化而變化。在啁啾波導(dǎo)陣列中，研究了正負(fù)折射率橫向振幅調(diào)制率(即正負(fù)啁啾參數(shù))對(duì)光束隧穿抑制效應(yīng)的影響，