罗森莫尔斯势宇称时间对称波导中的孤子

本文基于光波在宇称时间对称波导中传输的理论模型，数值研究各阶亮孤子在罗森莫尔斯势宇称时间对称波导中的传输特性。宇称时间对称波导的折射率分布对光具有线性聚焦作用，而增益/损耗分布可以引起光束能量的横向流动。研究结果表明：当折射率调制深度为正时，一阶亮孤子在该波导中传输形成波浪形光束。当折射率调制深度为负时，一阶亮孤子分裂形成两束光，一束光发生弥散，另一束光以一定的速度向前传输，而增益/损耗调制深度会影响分裂后光束的传输行为；二阶亮孤子在较低的增益/损耗调制深度下传输形成稳定的呼吸光束；三阶亮孤子在传输过程中出现光波周期分裂与会聚现象；四阶及其以上高阶亮孤子在该波导中都不能稳定传输。此研究结果可为宇称时间对称在光波导中的应用提供一定的理论依据。     

竞争型非线性介质中艾里-高斯光束交互作用的调控

基于分步傅里叶法研究了艾里-高斯光束在三次聚焦和五次散焦竞争型非线性介质中交互作用的调控.结果表明:当入射角度为零时,同相位艾里-高斯光束相互吸引,五次散焦非线性强度较弱时,可形成周期逐渐缩短的呼吸孤子或强度不变的孤子.五次散焦非线性强度较强时,呼吸孤子的平均宽度变大甚至出现光束分叉现象,形成孤子对.反相位艾里-高斯光束相互排斥,排斥力随五次散焦非线性强度单调递增.当入射角度不为零时,通过控制光束入射角度的正负和初始间距.同相位和反相位艾里-高斯光束交互作用时可以同时表现出相互吸引和排斥的现象.     

二维三角光学格子中的PT光孤子研究

研究了基于自散焦克尔非线性的PT对称三角格子中双峰光孤子的存在性及稳定性。采用改进的平方算子法(MSOM)迭代计算出孤子的数值解,发现双峰之间具有相同相位的双峰光孤子存在于第一带隙,并且可以在某个范围内稳定传输。由傅里叶配点法得到的线性稳定性与非线性模拟传输的结果是一致的。此外,这种PT对称的双峰光孤子对入射角度非常敏感,从不同角度入射的光孤子具有不同的传输特性。     

克尔介质中艾里孤子的形成及控制

利用分步傅里叶法,数值研究了艾里光束在自聚焦克尔非线性介质中的传输。结果表明,当较强的非线性作用于艾里光束时,主瓣能量在传输过程中会发生脱落形成具有周期振荡的空间孤子。随着非线性的增强,该孤子的振荡周期与半高宽都减小。调节艾里光束的入射角度时,脱落孤子的传输轨迹随之发生变化,不同于艾里光束的是,艾里孤子的传输始终保持直线传输。     

亮孤子在宇称时间对称波导中的传输和控制

基于光波在宇称-时间(PT)对称波导中传输的理论模型, 数值研究了亮孤子在呈高斯分布的PT对称克尔非线性平板波导中的传输和控制. PT对称波导, 要求波导的折射率分布呈偶对称, 而增益/损耗分布呈奇对称. 结果表明: 当波导的折射率分布强度为正时, PT对称波导的中心折射率最大, 即使没有自聚焦克尔非线性效应, PT对称波导也可以束缚光波, 形成波浪形光束且长距离传输; 当折射率分布强度为负时, PT对称波导的中心折射率最小, 光波的传输方向发生偏移. 而增益/损耗分布可控制光波的偏移方向: 增益/损耗分布强度为正, 光波向左偏移; 强度为负, 光波向右偏移; 强度为零时, 光波被分为两束. 且当折射率分布强度为负时, 可以很好地抑制相邻亮孤子间的相互作用. 该研究结果可为未来PT对称波导在全光控制方面的应用提供一定的理论依据.     

宇称-时间对称Scarff势中基态孤子的传输特性研究

为了研究宇称-时间对称(parity-time)对称,简称PT对称, Scarff复合势中基态孤子的传输特性,采用了有限差分法数值求解了PT对称Scarff复合势中的线性情况,自聚焦和自散焦非线性情形。数值得到了线性情况下不同势深度中的PT对称破坏点、特征值和特征函数。也得到了非线性情况下自聚焦与自散焦介质中的基态孤子的传输特性。研究结果表明:基态线性模的本征值恰好等于相同调制深度的基态孤子存在时的临界传播常数,基态孤子能稳定存在于整个自散焦煤质和自聚焦煤质中的低能区域。PT对称Scarff复合势的这些特性在光开关领域有一定的应用前景。     

饱和非线性介质中艾里孤子的产生与传输调控

采用分步傅里叶法,通过数值模拟研究了饱和非线性介质中艾里孤子的产生与传输调控。单艾里光束入射时,在一定的初始振幅范围内可以产生稳定传输的呼吸式孤子。初始振幅增加时,孤子的强度增加,呼吸周期变短,但宽度基本保持不变。衰减系数增加时,孤子的平均峰值强度先增大后减小之后再增大,存在两个极值点。光束入射角度为负值时,形成左倾艾里孤子;光束入射角度为正值时,形成右倾艾里孤子。双艾里光束入射时,入射角同为负值可以减弱光束间的相互作用,入射角同为正值可以增强光束间的相互作用。此外,不同的入射角可以控制孤子或孤子对的传输方向。     

耦合饱和非线性薛定谔方程的多极矢量孤子

本文构造了耦合自散焦饱和非线性薛定谔方程,通过改变势函数参数再利用功率守恒的平方算符法,得到偶极-偶极、三极-偶极以及偶极-三极矢量孤子解.随着孤子功率的增大,这3类矢量孤子均能存在,它们的存在性明显受到势函数的调制.本文给出了3类矢量孤子由势函数调制的存在区域.3类矢量孤子的稳定区域受每个分量的孤子功率调制.随着两分量孤子功率的增大,3类矢量孤子的稳定域均逐渐扩大.当饱和非线性强度增大时,三极-偶极和偶极-三极矢量孤子由稳定状态到不稳定状态临界点对应的孤子功率值逐渐降低.而偶极-偶极矢量孤子由稳定状态到不稳定状态临界点对应的孤子功率值并不会因为饱和非线性强度增大而变化.     

对数饱和非线性介质中的自洽多模高斯孤子解

通过解对数饱和非线性介质中光场满足的非线性薛定谔方程,得到一组厄米-高斯型的自洽多模解.在借鉴了R.G.Glauber的相干态理论的基础上,合理假设这组解在非线性介质中呈泊松分布,进而得到了在对数饱和非线性介质中存在高斯孤子的结论,并获得高斯孤子解、非线性系数与泊松参量三者之间的关系.该关系说明,若在介质中存在高斯孤子解,其非线性系数必须满足条件a≥1.当α=1,在介质中仅存在单模高斯孤子,其光斑尺寸必须满足的条件W=1/k n0/n2.在该条件下,以"束腰"注入介质中的高斯光束才可以在保持其光斑尺寸不变的情况下传输,否则光斑尺寸会存在一定的振荡.而振荡方式、振荡范围(表示光斑尺寸展宽或压缩及大小)与输入光束光斑尺寸及其一次导数有直接关系.     

高斯光束在对数型非线性介质中自诱导效应

从标量Helmholtz方程出发,推导了对数饱和非线性介质中光场满足的非线性Schr dinger方程(NLSE)。通过与梯度折射率下的光场满足的方程比较,发现高斯光束在对数型饱和非线性介质中可自诱导梯度折射率。利用数值计算,详细地讨论了自诱导梯度折射率对高斯光束传输特性的影响。发现高斯光束在其自诱导的梯度折射率的影响下,呈振荡形式的准稳定的传输。光束注入介质中的初始状态,直接影响着光束的振荡形式(先发散还是先聚焦)、振荡深度(幅度)、振荡周期。得到高斯光束形成孤子的条件,以及若使高斯光束在对数饱和非线性介质中保持小损耗、高稳定的传输,应该使光束在阈值(孤子条件)附近注入介质的结论。     

高斯型PT对称波导中高斯光波的控制

基于光波在PT(Parity-Time)对称波导中传输的理论模型,采用数值模拟研究了高斯光波在高斯型PT对称克尔非线性平板波导中的传输控制特性。PT对称波导要求其折射率分布呈偶对称,而增益/损耗分布呈奇对称。研究结果表明:在高斯型PT对称波导中,基模高斯光波可以形成波浪形光束,并稳定地传输;随着折射率分布强度的增加,波浪形光束的振荡频率增加,振荡幅度减小。一阶高斯光波在PT对称波导中传输时,在折射率较大的条件下,两束光可以被束缚在波导中心稳定地传输,而二阶高斯光波则需要更大的折射率分布强度才能被束缚。该研究结果可为PT对称波导在全光开关控制上的应用奠定理论基础。     

电磁感应透明的高阶非线性效应对光孤子的影响

研究了电磁感应透明介质中高阶非线性效应对光孤子传输的影响。采用半经典理论获得介质对光场的线性和非线性响应,基于介质特性利用波动理论推演出三-五阶非线性薛定谔方程。介质的线性非线性特性分别决定了群速度色散参量,三阶和五阶非线性系数。研究结果表明,该非线性介质既可以诱导亮孤子也可以诱导暗孤子,取决于群速度色散参量和三阶非线性系数。当前者为负同时后者为正时产生亮孤子,当两者均为负时产生暗孤子,二者可以通过载频与相应跃迁能级失谐的调节获得。与普通非线性薛定谔方程相比,三-五阶非线性薛定谔方程对亮孤子和暗孤子出现的参数和输入条件更加严格。     

暗孤子在高斯变迹光纤光栅中的演化

运用快速傅里叶方法数值模拟了暗孤子在高斯变迹光纤光栅中的演化以及暗孤子之间的相互作用。结果表明,在一定条件下光纤光栅的正常色散区可以维持暗孤子的稳定传输,并且孤子的稳定性与f的取值(孤子离禁带的位置)和非线性系数有关。输入两个暗孤子时,孤子之间的相互作用随f的增大而加强,当f继续增大时孤子中心和背景处出现震荡现象并演化产生灰孤子;f越大,两个孤子的稳定性对非线性效应越敏感。     

二阶孤子的传输和相互作用

用分步傅里叶变换法求解二阶孤子传输的非线性薛定谔方程, 得到了在此条件下孤子传输的数值图形, 发现二阶孤子在传输中被压缩, 幅值振荡变化。2个二阶孤子在传输过程中没有出现象2个一阶孤子那样周期性碰撞, 但2个二阶孤子时间间隔较小时, 随传输距离在2个二阶孤子中间周期性地衍生出第3个孤子。研究证明：二阶孤子的传输具有与一阶孤子明显不同的特征。     

有偏压光伏光折变晶体中艾里高斯光束的传输特性

采用分步傅里叶法,数值模拟研究了有偏压光伏光折变晶体中艾里高斯光束的传输特性.结果表明,当艾里高斯光束初始振幅和晶体的外加电场在一定范围内时,可以形成沿直线稳定传输的呼吸式孤子.调节初始振幅或外加电场可以控制孤子的峰值强度和呼吸周期.随着入射光场分布因子的变大,孤子的平均峰值强度先增大后减小,孤子的呼吸周期先变小后变大.随着光束衰减因子的增加,孤子的平均峰值强度先增大后减小,然后再增大.此外,光束入射角为负值时,孤子向左偏移,光束入射角为正值时,孤子向右偏移.入射角只改变孤子的输出位置,不影响孤子的强度、宽度和呼吸周期.     

五阶非线性对啁啾超短脉冲间相互作用的影响

基于包含五次复系数的高阶Ginzburg Landau方程为模型,采用分步傅里叶方法数值研究了啁啾类超短脉冲间的相互作用。结果表明:相邻孤子之间的相互作用对五阶非线性效应非常敏感,即使参数改变很小的值,也会改变其传输特性。适当地选择五阶非线性参数值,能够很好地抑制孤子间的相互作用,提高光纤传输的比特率。当相邻孤子的初始间距为6.8,五阶非线性参数值取-0.001时,可以实现2个孤子长距离的保型传输。最后讨论了五阶非线性作用下多孤子之间的相互作用及抑制。     

强非局域非线性介质中拉盖尔-高斯型光孤子相互作用

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的线性模型(修正的Snyder-Mitchell模型)讨论了两束共线(即光束中心和传输方向都相同)拉盖尔-高斯型光孤子的传输过程. 改变双光束的相对阶数和相对强度比,叠加光场在传输截面上的光强分布呈现出多样性,通过叠加的方法在该介质中产生了多环形光孤子. 一定条件下传输光束在传输过程中会出现旋转现象,叠加光场成为旋转光场,给出了旋转光束的旋转条件以及旋转速度. 进一步利用拉盖尔-高斯光束在传输过程中特有的螺旋相位特点分析了光场截面强度多样性产生的物理机理. 关键词： 强非局域非线性介质 拉盖尔-高斯型光孤子 共线传输 涡旋相位     

非局域高次非线性介质中的多极暗孤子

研究一维非局域三-五次非线性模型下,暗孤子和多极暗孤子的新解和传输特性.发现非局域程度和非线性参量变化对暗孤子的峰值和束宽产生影响,并且在特定的竞争非局域非线性参数下存在稳定基态暗孤子和多极暗孤子的束缚态.另外,讨论了在局域自聚焦三次和非局域自散焦五次非线性介质中暗孤子和两极暗孤子的传输特性,发现孤子比在自散焦三次和自聚焦五次的非线性介质中传输更加稳定.进一步研究了单暗孤子和三极暗孤子的功率与传播常数和非局域程度的关系,并讨论了不同类型暗孤子的线性稳定性问题.     

椭圆响应强非局域非线性介质中的二维异步分数傅里叶变换及光束传输特性

研究了椭圆响应强非局域非线性介质中的光束传输问题. 结果表明:任意光束在这类介质中传输时均遵守二维异步分数傅里叶变换的传输规律. 基于二维异步分数傅里叶变换这一数学工具, 可很方便地对光束的传输进行解析求解并分析其性质. 利用二维异步分数傅里叶变换的性质, 讨论了一般光束的传输性质; 分析了孤子和二维异步呼吸子的形成条件; 得出了孤子/呼吸子的相互作用规律. 关键词： 椭圆响应 强非局域非线性 孤子 呼吸子     

饱和非线性介质中艾里-高斯光束的传输与交互作用

研究了艾里-高斯光束在饱和非线性介质中的传输与交互作用.结果表明,入射光为单艾里-高斯光束时,在一定功率范围内,调节初始振幅与光场分布,可形成传输方向可控的呼吸孤子.当初始振幅增加时,孤子的呼吸周期先减小后增大.入射光为两艾里-高斯光束时,同相位光束相互吸引,两光束中心位置两侧附近产生呼吸孤子和对称孤子对.反相位光束相互排斥,中心位置两侧仅产生对称的孤子对.光场分布越趋于高斯分布,两艾里-高斯光束相互作用就越强,孤子对的数目越少.