強(qiáng)非局域空間光孤子傳輸特性研究.pdf

1、自1960年第一臺(tái)紅寶石激光器問世以來(lái),激光光學(xué)得到了迅猛的發(fā)展。激光光束在非線性介質(zhì)中傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生自陷現(xiàn)象,這種自陷現(xiàn)象的產(chǎn)生來(lái)自于光束與介質(zhì)發(fā)生的非線性效應(yīng)而導(dǎo)致光束被壓縮。而光束在傳輸時(shí)發(fā)生的衍射效應(yīng)將使得光束有展寬的趨勢(shì)。當(dāng)這兩種效應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)便形成了光孤子。光孤子能夠?qū)崿F(xiàn)自導(dǎo)、并保持穩(wěn)定的傳輸。這種誘導(dǎo)孤子波導(dǎo)可以用來(lái)引導(dǎo)信號(hào)光,從而實(shí)現(xiàn)光控制光、光子開關(guān)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(shù)、光子信息處

2、理和全光通信技術(shù)中具有潛在應(yīng)用價(jià)值,所以,空間光孤子始終是非線性光學(xué)領(lǐng)域里的一個(gè)研究熱點(diǎn)。迄今為止,對(duì)空間光孤子的研究多數(shù)局限在局域響應(yīng)的非線性介質(zhì)。
　　本文主要研究了強(qiáng)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(duì)近年來(lái)關(guān)于非局域空間光孤子,特別是強(qiáng)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(xì)的綜述。
　　第二章:利用強(qiáng)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(duì)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(dòng)量守恒發(fā)現(xiàn),這樣的孤子在傳輸過(guò)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(dá)到最大,使得在強(qiáng)非局域介質(zhì)中通過(guò)調(diào)節(jié)相位差對(duì)三維光孤子實(shí)現(xiàn)全光控制成為可能。不同的振幅比對(duì)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(guò)程中坡印廷矢量(能流密度),分析了光孤子在傳輸過(guò)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(biāo)系下(1+1)維和(1+2)維光束傳輸過(guò)程,得到了強(qiáng)非局域非線性介質(zhì)中傳輸光束的復(fù)宗量厄米高斯型解,該解為拋物線柱函數(shù)對(duì)高斯光束的調(diào)制。在一定條件下共線傳輸?shù)膹?fù)宗量厄米高斯型光束演化為渦旋光束。給出了單束復(fù)宗量和渦旋復(fù)宗量厄米高斯光束在臨界功率下的傳輸過(guò)程,發(fā)現(xiàn)他們?cè)趥鬏斶^(guò)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(guò)程。改變雙光束的相對(duì)階數(shù)和相對(duì)強(qiáng)度比,疊加光場(chǎng)在傳輸截面上的光強(qiáng)分布呈現(xiàn)出多樣性。首次通過(guò)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(guò)程中會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象,疊加光場(chǎng)成為旋轉(zhuǎn)光場(chǎng),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(guò)程中特有的螺旋相位特點(diǎn)分析了

6、光場(chǎng)截面強(qiáng)度多樣性產(chǎn)生的物理機(jī)理。渦旋光孤子旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象可以通過(guò)疊加光場(chǎng)中估衣相位來(lái)解釋。
　　第五章:討論了橢圓坐標(biāo)系下強(qiáng)非局域非線性介質(zhì)中光束的傳輸過(guò)程。通過(guò)設(shè)立因氏多項(xiàng)式對(duì)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?。?dāng)因氏高斯光束的入射功率為臨界功率時(shí),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(dòng),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(guò)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