光學空間孤子及其應用研究.pdf

1、光束在非線性介質(zhì)中傳播時，如果非線性效應恰好能和衍射效應相平衡，光束在傳播過程中保持形狀不變，那么這一光束就稱為光學空間孤子。由于光學空間孤子在全光開關(guān)、光波導、光計算等方面有重要的應用價值，目前它已成為非線性光學領域的研究熱點之一。本論文從理論上系統(tǒng)地研究了傍軸及非傍軸近似條件下數(shù)種非線性介質(zhì)中光學空間孤子，對有關(guān)一些應用也進行了研究。 論文證明了在折射率改變?yōu)檎墓夥w中可以形成灰孤子。研究表明，灰孤子寬度、橫向總相移、橫

2、向運動速度以及孤子穩(wěn)定性強烈依賴于光束灰度、光強振幅、信號光與背景光的有效Glass系數(shù)之比R等參數(shù)。另外，論文還對光伏晶體中的非相干耦合灰孤子族及相關(guān)特性進行了研究。 論文詳細地研究了雙光子異構(gòu)聚合物灰孤子及其穩(wěn)定性。結(jié)果表明，灰孤子能在這種非線性介質(zhì)中存在：在某些參數(shù)范圍內(nèi)，此類孤子的總相位變化可以超過萬，這就是所謂的“比黑孤子還要暗的孤子”。這些灰孤子只有在高光強且橫向速度較小時才有可能變得不穩(wěn)定。據(jù)我們所知，這是關(guān)于雙光

3、子異構(gòu)聚合物孤子的首例報導。 各種光學空間孤子存在著諸多共性，因此可以將光學空間孤子的理論推廣到一般的情況。基于這一點，本論文提出了一套一維穩(wěn)態(tài)條件下寬光束的調(diào)制不穩(wěn)定性和光學空間孤子的普遍理論。通過寬光束調(diào)制不穩(wěn)定性的一般理論，可以很方便地計算出寬光束在任意非線性介質(zhì)中的調(diào)制不穩(wěn)定性。而通過光學空間孤子一般理論，可以知道在給定的非線性介質(zhì)中能形成何種光學空間孤子(亮、暗還是灰孤子)。我們明確地指出亮、暗、灰孤子的形成條件不是依

4、賴于折射率改變的正負，而是依賴于折射率改變隨光強的變化趨勢。前面的這些研究都是基于傍軸近似下的理論。當光束聚焦到亞波長大小甚至更小時，非傍軸效應的貢獻就顯得十分重要。本論文研究了非傍軸線偏振孤子及其相互作用。數(shù)值模擬表明，臨近的光束兩兩反相時，光束總是表現(xiàn)為互相排斥，而當光束互為同相時，它們首先互相吸引甚至發(fā)生融合，但經(jīng)過一段傳播距離后，隨著它們本身的相位差發(fā)生變化，相互作用行為變得非常復雜。接著，論文又研究了圓偏振及軸向偏振光學空間孤