光折变空间孤子的理论研究

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光折变空间光孤子是指当光折变材料的自聚焦效应与光束的衍射发散作用相平衡时,在介质内无衍射向前传播的光束.由于光折变空间孤子在集成光学、光信息处理以及光通信等领域广阔的应用前景,它越来越成为人们关注的焦点.本文工作是在我们以往屏蔽光伏孤子理论基础上进行的,主要研究了单块晶体中屏蔽光伏孤子特性以及串连晶体回路中独立空间孤子对的各种问题.论文首先以光折变动力学方程为基础,证明和推导了有外加电场的光伏光折变晶体中能够形成屏蔽光伏孤子,给出了屏蔽光伏明、暗孤子的数值积分表达式.利用数值分析解法,对屏蔽光伏孤子在晶体中的动态演化特性进行了计算,得出结论屏蔽光伏孤子在晶体中能够稳定传播.对于弱小微扰,入射孤子可以克服并仍能演化成稳定的孤子波,对于大的微扰,孤子便不能够稳定传播,表现出强度振荡或者发散现象.当考虑到晶体扩散项影响后,孤子中心在传播过程中会偏离中心位置发生偏转,偏转量的大小和晶体自身光伏场、外加电场以及入射光强比有关.在空间电荷场高阶项不能忽略时,屏蔽光伏孤子的偏转特性和只考虑低阶偏转情况有所不同,孤子中心在传播过程中既可以朝向晶体光轴方向偏转,亦可以朝向光轴相反方向偏转,并且在合适条件下不发生偏转;其中心偏转量既有可能大于低阶偏转时的情况,也有可能小于低阶偏转的情况.研究了晶体温度变化时,屏蔽光伏孤子在其中演化和偏转特性受到的影响.结果表明,晶体温度能够强烈影响屏蔽光伏孤子的传播特性,改变晶体温度可以使原本在其中稳定传播的孤子变得不稳定,也可以使原来不稳定传播的光束演化为稳定的孤子波.首次从理论上预言了在串连光折变晶体回路中能够形成光折变空间孤子对,并将这种在空间上独立的两个孤子称为独立空间孤子对,共有明-明,明-暗和暗-暗三种类型.形成这种孤子对的两个孤子之间可以发生相互作用.当入射光束的空间展宽尺寸远小于晶体尺寸时,孤子对中的暗孤子可以影响到另一个孤子,明孤子则不能.根据独立空间明-暗孤子对中暗孤子可以影响明孤子的性质,详细讨论了明暗孤子对中暗孤子对明孤子和高斯光束传播特性的影响,计算了明孤子低阶和高阶偏转特性对暗孤子入射强度的依赖关系.结果表明,改变暗孤子的入射强度能够有效而准确的控制明孤子在晶体中传播时中心的偏转量.论文最后分析和数值模拟了光折变晶体中形成的全息空间光孤子的动态演化特性以及有扰动情况下全息明孤子对中两孤子之间的相互耦合作用,并对光折变空间孤子的应用进行了探讨.
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