一维及二维空间光孤子在光折变介质中的传输特性研究

摘要

空间光孤子是指当介质的非线性所引起的光束自聚焦效应恰好抵消光束的自然衍射时，横向尺寸保持不变而发生自陷的光束。这类光束可以存在于多种介质中，且在运动碰撞时会发生分裂、融合、湮灭及旋转等现象，故此空间光孤子在光信息传输及处理领域有着潜在的十分重要的作用。本文主要利用有限差分法和交替隐式差分波传输法分别对一维及二维空间光孤子在光折变介质中的传输进行了数值仿真研究。这里的一维和二维是指孤子横向扩展的维数。本文的主要内容及成果有:
　　1.一维低振幅亮孤子在光折变介质中线性传输时自然衍射;非线性传输时，若忽略扩散机制，可以保持波包形态且直线传输，若考虑扩散作用，孤子会发生自偏转，偏转方向及程度都与温度有关。而在介质中光诱导缺陷晶格后，通过改变外加电场强度、晶格深度与输入光强度的比值等参数，发现正、负缺陷晶格都可以支持缺陷模。
　　2.涡旋光束在无晶格的光折变介质中非线性传输会发生分裂，分裂所产生的基态孤子数为涡旋阶数的2倍。一阶涡旋光在正缺陷晶格中传输，在晶格深度与光强大小比值一定的情况下，光束强度取适当的值，能够观察到稳定的一阶涡旋孤子。二阶涡旋光束在负缺陷晶格中传播，光束强度在适当的取值下，出射面上可以观察到类四极子的强度分布，且束缚在缺陷格点上，重要的是，这四点的相位不再保持二阶涡旋状，而是对角相位相同，相邻点相位相反，没有形成稳定的局域态孤子，改变外加偏压大小及晶格深度与输入光强度的比值，一定条件下也可得到稳定的局域态孤子。
　　3.高斯光束在贝塞尔晶格中的传输，不同输入条件下，可以形成不同类型的孤子:环形孤子或圆形孤子，且在晶格信道上的能量分布位置不同。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 孤子研究概况

1．1．1 孤子研究历史背景

1．1．2 光学领域的孤子—光孤子

1．2 国内外研究现状及发展

1．3 本文的研究内容

第2章 光折变空间孤子的基本理论

2．1 光折变效应基础理论

2．1．1 光折变效应

2．1．2 带输运模型及空间电荷场

2．2 非线性薛定谔方程的推导

2．3 涡旋光束的基本理论

2．3．1 涡旋光束的特性

2．3．2 涡旋光束的产生方法

2．3．3 几种光涡旋产生方法的比较

2．4 本章小结

第3章 数值仿真方法的分析

3．1 有限差分法

3．2 交替隐式差分波传输法

3．3 本章小结

第4章 一维光孤子在光折变光子晶格中的传输

4．1 理论模型

4．2 无晶格的光折变介质中光束的传输

4．2．1 线性传输

4．2．2 非线性传输

4．2．3 温度对一维空间亮孤子自偏转的影响

4．2．4 微扰法理论分析

4．3 低振幅一维光孤子在光诱导缺陷晶格中传输

4．3．1 光子晶格中孤子的传输模型

4．3．2 不同缺陷态晶格中的光束传输情况

4．3．3 缺陷深度对光束传输的影响

4．4 本章小结

第5章 二维光孤子在光折变光子晶格中的传输

5．1 涡旋光束在二维缺陷晶格中的传输

5．1．1 一阶涡旋光束在无缺陷的晶格中传输

5．1．2 一阶涡旋光束在缺陷的晶格中传输

5．1．3 二阶涡旋光束在负缺陷态晶格中的传输

5．2 高斯光束在光诱导贝塞尔晶格中的传输

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果