耗散光子弹的碰撞特性及其在全光逻辑中的应用

摘要

光纤孤立子通信是一种新兴的通讯技术,以非线性光学为理论基础,采用光孤子作为信息载体。光孤子在长距离传输时可以保持幅度和宽度不变,已逐渐被认为是下一代超高速超大容量全光网络的首选。此外,在全光开关与逻辑门、光信息存储、激光冷却以及光学粒子的捕获等诸多领域光孤子也有着广泛的应用前景,因此近年来吸引了越来越多的研究者投入其中。随着研究的迅速进展,人们认识到许多新型的光学器件工作时需要保持能量损耗和补充的平衡,这与经典的哈密顿光孤子有很大不同,因此经典光孤子的理论有待改进和补充,耗散光孤子的思想逐步形成。耗散光子弹是一种在时域和空间域都能够保持局域的三维耗散时空光孤子。与一维和二维孤子相比,它不仅与实物粒子更为相似,而且其碰撞特性更适用于构建大规模的数字光开关和光逻辑电路,这对于全光高速通信网络和新一代光计算机有着重要的意义。本文中采用分裂步长傅立叶法对两个耗散光子弹的碰撞特性进行了研究,结果主要包含以下三个方面:
　　第一,通过模拟两个耗散光子弹之间的对心碰撞和非对心碰撞,揭示了初始条件中的几何关系对碰撞结果的影响。碰撞的结果展示了丰富的物理现象,不仅包括耗散光子弹的融合、分裂和准弹性碰撞等基本特性,而且首次得到了碰撞产生两个和三个双光子弹的碰撞结果,这一特性为全光开关和逻辑门的设计打开了新的思路。
　　第二,研究了耗散系统中光子弹之间的能量交换,分析了初始条件中的相位关系对碰撞结果的影响。当相位差非零时,两个耗散光子弹间的碰撞会导致了光子弹之间的能量交换,并造成光子弹速度的改变。发现在耗散系统和哈密顿系统中,光子弹间能量交换的性质有着很大的相同,这意味着这两个系统中存在着相似的能量交换机制。
　　第三,对光学逻辑门进行了简要的介绍,分析了将耗散光子弹的碰撞特性应用于光学逻辑设计的可行性,并提出了一种基于耗散光子弹碰撞的光学逻辑设计构想,指出了这种逻辑门的优劣性。

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第1章 引 言

1.1 光孤子理论发展概况

1.2 光孤子在通信领域的应用

1.3 耗散光孤子的研究意义

第2章 耗散光子弹和双光子弹的基本理论

2.1 时空光孤子的基本理论

2.2 耗散光子弹与双光子弹

第3章 耗散孤子的数值计算方法和模型

3.1 分裂步长傅立叶方法

3.2 立方与五次方复金兹伯格-朗道模型

第4章 耗散光子弹的碰撞特性和能量转换

4.1 引言

4.2 几何关系对碰撞结果的影响

4.3 相位关系对碰撞结果的影响

第5章 基于光子弹相互作用的全光逻辑设计构想

5.1 全光逻辑器件简介

5.2 基于光子弹碰撞的光学逻辑门设计

5.3 基于光子弹碰撞的全光逻辑门的可行性分析

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

个人简历和攻读硕士学位期间所获成果