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光折变效应是光致折射率改变效应的简称,这是一种弱光非线性光学效应,由于其对功率的要求、饱和性、稳定性等方面的优越性,具有广泛的应用价值。研究光折变介质和周期性光折变光子晶格中的光孤子传输与控制,具有重要的科学意义和应用价值。特别是,由于周期性光子晶格独特的性质,使得它可以制作具有全新功能的或以前所不能制作的高性能器件,而这些器件在光通信上有重要的用途。本文利用数值分析方法研究了在光折变介质以及具有横向折射率周期性调制的光折变周期性光子晶格中孤子的传输和控制。
本文从麦克斯韦方程组出发,推导了光折变介质和周期性光折变光子晶格空间孤子传输所遵循的非线性薛定谔方程。空间光孤子在光折变介质中传输时,由于孤子阶数不同,表现出不同的传输特性。一阶孤子能够稳定传输,而二阶孤子随传输距离表现出周期性的展宽和压缩。对于孤子相互作用来说,一阶同相光孤子发生周期性碰撞,反相则相互排斥。二阶空间光孤子不仅表现出周期性碰撞(同相)和排斥(反相),同时还由于二阶孤子在微扰作用下的不稳定性,每个孤子同时还发生了分裂。
在光折变介质中,利用平面波干涉可以诱导周期性光学结构,包括一维和二维结构,这称之为光子晶格或光学格子。光孤子在这种周期性结构中传输时,表现出分立特性。本文的研究表明,空间光孤子的这种分立性与形成光折变空间孤子的外加偏置电场、格子宽度和深度以及入射孤子本身的性质都有很大的关系,研究它们对分立孤子传输的影响,有着重要的理论指导意义。
周期性结构普遍存在于物理的各个领域,研究光孤子在光子晶格中的传输,更重要的是为了实现对光孤子的控制,同时也将对其他的领域产生深远的影响。本文从这个角度出发,研究了光孤子在均匀光折变介质与光子晶格界面上产生的特殊反射和折射现象;光孤子与周期性格子的相对宽度对于其相互作用有重大的影响;高斯型孤子在光子晶格中具有随入射角度选择输出格子的路由开关特性,这些都为实现周期性光子晶格中的孤子控制提供了一定的理论基础。诚然,光子晶格中的孤子控制,还将有许许多多的方法有待研究和开发,它将在通信等领域有着广阔的应用前景。