中心对称光折变晶体中空间光孤子的理论研究

摘要

由于光折变空间孤子在很低的入射光强下即可产生，以及潜在的应用价值，从最初理论预言和实验报道以来一直是非线性光学领域的一个研究热点。目前，对光折变空间光孤子的研究主要集中在非中心对称光折变晶体中，人们已经在该种晶体中相继理论预测和实验报道了多种不同类型的空间孤子。本文将对中心对称光折变晶体中空间孤子现象进行全面系统的研究。
　　分别用数值模拟方法和微扰法研究了单光子中心对称光折变晶体中扩散场对亮空间孤子传播的影响。在扩散效应的作用下，亮空间孤子沿着外加电场的反方向发生了自偏转效应，孤子的中心轨迹是一条抛物线，偏转量与外加电场的三次方成正比。讨论了晶体的温度对中心对称光折变晶体中亮孤子的形状及由扩散效应引起的自偏转效应的影响。温度影响因素有三个，分别是扩散效应、暗辐射强度和相对介电常数，其中相对介电常数的影响处于主导地位。
　　理论研究了中心对称光折变晶体中空间光孤子的时间行为，给出了中心对称光折变晶体中随时间变化的空间光孤子演化方程，讨论了亮暗空间孤子的时间行为。对于高入射能量饱和值，亮孤子的演化过程存在准稳态孤子和稳态孤子两种状态，当入射光强较低时，不存在准稳态。对于任意的入射光强，暗空间孤子的宽度均随时间单调的减小至最小值，直至稳态暗孤子的形成。
　　对在中心对称光折变晶体中两束偏振方向和波长都相同的非相干高斯光束的传播行为进行了研究。理论证明了二次电光系数为正值的中心对称光折变晶体可以支持稳定的高斯型亮－亮非相干孤子对，讨论了这些孤子对的性质。
　　研究了中心对称光折变哈密顿系统和耗散系统中全息孤子形成的条件及其特征。在中心对称光折变哈密顿系统中，两束光可以同时演化为暗或亮空间孤子。理论预言了，信号光可以在同一种中心对称光折变耗散系统中，形成暗或亮全息孤子。
　　由 Castro-Camus双光子模型出发，推导出了基于双光子光折变效应的外加电场作用下的中心对称光折变晶体中一维稳态屏蔽空间光孤子的演化方程，理论预言了亮暗屏蔽孤子态，用微扰法研究了扩散场引起的亮孤子的自偏转效应。此外，理论预言了双光子中心对称光折变晶体中可以形成非相干亮、暗孤子族以及亮暗混合孤子族；对于只含有两束非相干光束耦合的情况，当两束光的总能量远低于暗辐射强度时，双光子中心对称光折变晶体中可以形成暗-暗，亮-亮和亮-暗Manakov孤子对。
　　理论研究了中心对称光折变晶体中宽光束的调制不稳定性。给出单光子中心对称光折变晶体中宽光束的全局调制不稳定增长率和局域调制不稳定增长率，以及双光子中心对称光折变晶体中宽光束的局域调制不稳定增长率。

目录

中心对称光折变晶体中空间光孤子的 理论研究

THEORETICAL STUDY ON SPATIAL OPTICAL SOLITONS IN CENTROSYMMETRIC PHOTOREFRACTIVE CRYSTALS

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2非中心对称光折变晶体中空间光孤子的研究进展

1.2.1准稳态（瞬态）孤子

1.2.2屏蔽孤子

1.2.3光伏孤子

1.2.4屏蔽－光伏孤子

1.2.5部分非相干孤子

1.2.6晶格孤子

1.2.7全息孤子

1.2.8双光子光折变空间光孤子

1.3中心对称光折变晶体中空间光孤子的研究进展

1.4 本文的主要研究内容

第2章 单光子中心对称光折变晶体中空间光孤子理论

2.1 引言

2.2 单光子中心对称光折变晶体中光波的演化方程及孤子解

2.2.1亮、暗空间光孤子解

2.2.2亮空间光孤子的自偏转效应

2.3 亮空间光孤子的温度特性

2.3.1温度对亮孤子包络面的影响

2.3.2温度对亮孤子自偏转的影响

2.4空间光孤子的时间效应

2.5 非相干耦合Gaussian型空间孤子对

2.6 本章小结

第3章 中心对称光折变晶体中全息空间光孤子理论

3.1 引言

3.2 中心对称光折变哈密顿系统中全息空间光孤子理论

3.3 中心对称光折变耗散系统中全息空间光孤子理论

3.4 本章小结

第4章 双光子中心对称光折变晶体中稳态空间光孤子理论

4.1 引言

4.2 双光子中心对称光折变晶体中光波的演化方程及孤子解

4.2.1 亮、暗空间光孤子解

4.2.2 亮空间光孤子的自偏转效应

4.3 空间光孤子的非相干耦合

4.3.1 非相干耦合空间光孤子族

4.3.2 Manakov孤子对

4.4 本章小节

第5章 中心对称光折变晶体中宽光束的一维调制不稳定性

5.1 引言

5.2 单光子中心对称光折变晶体中宽光束的一维调制不稳定性

5.3 双光子中心对称光折变晶体中宽光束的一维调制不稳定性

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

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

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