非局域介质中空间孤子的相互作用及光束调控

摘要

由于非局域空间孤子具有奇特的性质,以及在光信息处理和光连接方面的潜在运用,非局域空间孤子吸引了一轮又一轮的研究热潮。非局域非线性的概念在光学中早已建立,指材料中某点的非线性响应不仅和该点的光强有关,还和该点周围区域的光强有关。众所周知,非局域效应对材料的非线性响应具有空间平均效应。因此,和局域孤子相比,非局域孤子具有许多奇特的性质,如在很低的入射光强下即可产生、非相干光能形成孤子。此外,非局域非线性影响了孤子的形状和动力学行为,如位相相反的非局域亮孤子间存在相互吸引、非局域暗孤子间存在相互吸引力。本论文主要探讨非局域介质中暗孤子的动力学行为和非局域介质中光束的控制。
　　利用变分法研究了具有自散焦非线性的向列相液晶中暗孤子和灰孤子的特性。发现非局域程度不仅影响暗孤子和灰孤子的宽度,还影响了灰孤子的横向移动速率。发现在弱非局域情况下,暗孤子宽度随非局域程度的增加单调的减小;强非局域情况下,暗孤子宽度随非局域程度的增加单调的增加。
　　利用变分法研究了非局域介质中反位相暗孤子间的相互作用。通过选择入射光振幅u和材料折射率n的试探解,给出了光束演化满足的近似方程。发现反位相暗孤子在非局域介质中能形成束缚态。此外,发现在强非局域情况下反位相暗孤子形成束缚态时暗孤子间的距离随非局域程度的增加单调的增加。这些结果和数值计算结果符合得非常好。
　　研究了具有自散焦缺陷的非局域介质中亮孤子和反位相亮孤子对的动力学行为。研究发现非局域介质中缺陷层的出现影响了单个亮孤子和孤子对的传输。对于孤子对,选择合适的缺陷层(包括缺陷层的位置和厚度)能有效的控制光束的传输轨迹。
　　研究了非线性系数可变的非局域介质中亮孤子和反位相亮孤子对的动力学行为。提出非线性控制方式控制亮孤子的传输。发现,孤子对在非线性系数缓慢变化的连接区域分裂成两个独立的孤子,孤子对的分裂过程依赖于材料非线性系数的径向变化率;该途径可以有效的控制孤子的传输路径。还发现孤子对在该介质中传输时诱导的波导对弱信号光具有特殊的分光性能可以制作分光器件。特别的,调节材料径向非线性系数的变化率能调节这个分光器件的分光性能。
　　研究了非局域程度可变的非局域介质中亮孤子和反位相亮孤子对的动力学行为。发现改变材料的非局域程度干扰了孤子对的传输,使孤子对分裂成两个独立的孤子,这两个孤子具有相同的逃逸角和不同的传输方向。还发现逃逸角随非局域程度变化率的增加单调的增加。演示了孤子对在非局域程度可变的非局域介质中诱导波导对弱信号光的限制,可以控制信号光使它沿任意位置输出。
　　研究了非局域程度可变的非局域介质中反位相暗孤子间的相互作用。发现改变材料的非局域程度干扰了暗孤子对的传输,使暗孤子对分裂成两个独立的暗孤子,这两个暗孤子具有相同的逃逸角和不同的传输方向。还发现暗孤子对在该材料中传输时诱导的波导对弱信号光具有分光作用。特别的,弱信号光进入该波导后被分成两束强度不等的光束,改变材料非局域程度的变化率能改变被分光后的两束光的光强。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 非局域介质中空间光孤子的研究进展

1.3 基于空间孤子的光束控制

1.4 非局域介质中的非相干孤子

1.5 非局域非线性薛定谔方程的近似求解方法

第2章 任意非局域程度非局域介质中暗空间孤子及相互作用

2.1 概述

2.2 向列相液晶中的暗孤子理论

2.3 任意非局域程度非局域介质中暗孤子的相互作用

2.4 本章小结

第3章 具有自散焦缺陷的非局域介质中的空间孤子及其相互作用

3.1 引言

3.2 具有自散焦缺陷的非局域介质中的光束演化方程

3.3 亮孤子在具有自散焦缺陷的非局域介质中的传输

3.4 反位相亮孤子在自散焦缺陷非局域介质中的相互作用

3.5 本章小结

第4章 非线性系数可变及有损耗的非局域介质中的空间孤子及光束调控

4.1 引言

4.2 非线性系数可变的非局域介质中的空间孤子

4.3 有损耗的非局域介质中的空间孤子

4.4 本章小结

第5章 非局域程度可变的非局域介质中的空间孤子及光束调控

5.1 引言

5.2 非局域程度可变的非局域介质中的亮孤子

5.3 非局域程度可变的非局域介质中的暗孤子

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

个人简历