类贝塞尔脉冲光束传输中的空间诱导色散效应

利用空间诱导色散概念,从理论上研究了等束腰宽度的类贝塞尔脉冲光束在自由空间中传输性质.在一阶近似的情况下,类贝塞尔脉冲光束的空间和时间部分可以做分离变量,空间部分在传输过程中保持类贝塞尔光束传输的特性,而时间波形部分的传输遵循空间诱导色散理论.利用数值模拟方法模拟了 Bessel-Gauss 脉冲光束和elegant Laguerre-Gauss脉冲光束的传输.结果证实,只要传输距离小于类贝塞尔光束的无衍射距离,空间诱导群速度色散理论能够很好地描述类贝塞尔脉冲光束脉冲形状的演化过程.     

强非局域非线性介质中时空可控艾里-因氏-高斯光束的传输

根据强非局域非线性介质(SNNM)中傍轴光束传输遵循的(3+1)维薛定谔方程,获得了椭圆坐标系下时空可控艾里-因氏-高斯(CAiIG)光束的解析解。CAiIG光束由具有不同初始速度的艾里脉冲对空间因氏-高斯光束时域调制获得。通过调整光束初始入射功率和临界功率的比率、初始入射速度以及椭圆参数,探讨了SNNM中CAiIG光束的传输过程。时空CAiIG光束在传输过程中保持非色散特性。依据初始入射功率和临界功率的比率,光束束宽在空间呈现出周期性振荡(功率比不等于1)或者保持不变(功率比等于1)的状态。调整椭圆参数的值可以实现时空艾里-因氏-高斯光束与时空艾里-拉盖尔-高斯光束及时空艾里-厄米-高斯光束间的连续转换。此外,给出了SNNM中CAiIG光束呈呼吸态传输时几个传输截面上的能流分布图。     

利用空间诱导色散补偿介质色散

研究了超短脉冲贝塞尔光束在色散介质中的传输特性 ,指出空间诱导色散效应可以用来补偿介质色散作用 ,从而可以在色散介质中实现无衍射无色散的类时空孤子波的传输。用理论推导和数值模拟的方法得到的具有反常色散性质的空间诱导色散可以有效地补偿介质色散。数值模拟的结果表明 ,由于超短脉冲贝塞尔光束的无衍射无色散传输距离受到高阶色散效应和贝塞尔光束空间受限两方面的限制 ,无衍射无色散传输只能在有限距离内近似实现。通过增加脉冲长度可以减小高阶色散效应的影响。在传输距离小于衍射距离时 ,空间诱导色散效应可以很好地描述脉冲演化和色散补偿过程     

利用空问诱导色散补偿介质色散

研究了超短脉冲贝塞尔光束在色散介质中的传输特性，指出空间诱导色散效应可以用来补偿介质色散作用，从而可以在色散介质中实现无衍射无色散的类时空孤子波的传输。用理论推导和数值模拟的方法得到的具有反常色散性质的空间诱导色散可以有效地补偿介质色散。数值模拟的结果表明，由于超短脉冲贝塞尔光束的无衍射无色散传输距离受到高阶色散效应和贝塞尔光束空间受限两方面的限制，无衍射无色散传输只能在有限距离内近似实现。通过增加脉冲长度可以减小高阶色散效应的影响。在传输距离小于衍射距离时，空间诱导色散效应可以很好地描述脉冲演化和色散补偿过程。     

超短艾里脉冲在单模光纤中相互作用规律的研究

运用分步傅里叶变换法对适用于超短艾里脉冲的高阶耦合非线性薛定谔方程进行了求解,利用Matlab软件对超短艾里脉冲在单模光纤中传输时相互作用的演化过程进行了数值模拟。结果表明,负三阶色散效应可加快波包的渗透速度,超短脉冲可传输更远距离;正三阶色散效应可减慢超短脉冲的传输,当三阶色散系数足够大时脉冲前沿处的振荡转移到后沿处。自陡峭效应通过孤子分裂的形式使超短脉冲产生时域位移,内拉曼效应导致脉冲在波长较长一侧产生拉曼自频移,且超短脉冲的能量由前沿处转移到后沿处。自陡峭效应和内拉曼效应的共同作用导致超短脉冲产生时域位移且脉冲前沿处的能量会转移到后沿处。三阶色散效应、自陡峭效应、内拉曼效应三者同时存在时会显著影响超短艾里脉冲相互作用的自弯曲特性和自加速特性。     

高阶效应对超短艾里-高斯脉冲相互作用的影响

本文运用分步傅里叶变换,对满足高阶耦合非线性薛定谔方程的超短艾里脉冲与超短高斯脉冲,利用MATLAB数值模拟了在高阶效应下两脉冲相互作用后的演化过程以及时域上的强度变化.获得了负三阶色散效应使超短脉冲相互作用能传输更远距离;正三阶色散效应会减慢超短脉冲相互作用的传输.自陡峭效应通过孤子分裂现象的形式使超短脉冲相互作用产生时域位移.内拉曼效应可以将超短脉冲相互作用的能量由前沿处转移到后沿处.     

高阶效应对超短艾里-高斯脉冲相互作用的影响

本文运用分步傅里叶变换,对满足高阶耦合非线性薛定谔方程的超短艾里脉冲与超短高斯脉冲,利用MATLAB数值模拟了在高阶效应下两脉冲相互作用后的演化过程以及时域上的强度变化。结果表明：负三阶色散效应使超短脉冲相互作用能传输更远距离;正三阶色散效应会减慢超短脉冲相互作用的传输。自陡峭效应通过孤子分裂现象的形式使超短脉冲相互作用产生时域位移,内拉曼效应可以将超短脉冲相互作用的能量由前沿处转移到后沿处。     

高阶效应对超短艾里-高斯脉冲相互作用的影响

本文运用分步傅里叶变换,对满足高阶耦合非线性薛定谔方程的超短艾里脉冲与超短高斯脉冲,利用MATLAB数值模拟了在高阶效应下两脉冲相互作用后的演化过程以及时域上的强度变化。结果表明：负三阶色散效应使超短脉冲相互作用能传输更远距离;正三阶色散效应会减慢超短脉冲相互作用的传输。自陡峭效应通过孤子分裂现象的形式使超短脉冲相互作用产生时域位移,内拉曼效应可以将超短脉冲相互作用的能量由前沿处转移到后沿处。     

贝塞尔-高斯脉冲光束在色散介质中的时间和光谱特性

 对等衍射长度贝塞尔-高斯脉冲光束在色散介质中的时间和光谱特性作了研究，结果表明，通过选择适当的空间参数，贝塞尔-高斯脉冲光束沿轴上传输时，脉冲宽度不变。传输距离小于无衍射长度时，随衍射角增加，功率谱形状未变，脉冲波形保持不变；传输距离大于无衍射长度时，随衍射角增加，光谱由蓝移变为红移，脉冲展宽。     

带宽对脉冲贝塞尔光束传输的影响

从惠更斯-菲涅耳衍射积分公式出发得到具有高斯型频谱分布的脉冲贝塞尔光束频率域的传输表示式,并使用傅里叶变换最后推导了脉冲贝塞尔光束时间域的传输公式。根据得到的公式通过具体数值计算对脉冲贝塞尔光束在自由空间中的传输进行了研究。计算结果表明脉冲光束的带宽对脉冲贝塞尔光束传输中的脉冲时间延迟和脉冲宽度产生影响。具体表现为脉冲光束带宽的增宽使脉冲时间延迟增大,并使脉冲时间波形的后沿拖长,从而导致脉冲宽度增宽。脉冲时间延迟和脉冲宽度还随传输距离发生变化。脉冲光束传输距离越大,脉冲时间延迟越大,脉冲宽度变得越宽。     

超短脉冲Bessel 光束和空间诱导色散效应

 给出了含时的波动方程的一族特解－超短脉冲Bessel光束，其脉冲光束的空间和时间部分可以做分离变量，空间部分在传输过程中保持Bessel光束不变，而时间脉冲部分的传输行为类似于在普通色散介质中的传输，此效应被称之为空间诱导色散效应。     

Generation of three-dimensional versatile vortex linear light bullets(Invited Paper)

We generate and measure the versatile vortex linear light bullet,which combines a high-order Bessel beam and an Airy pulse.This three-dimensional optical wave packet propagates without distortion in any medium,while carrying an orbital angular momentum.Its non-varying feature in linear propagation is verified by a threedimensional measurement.Such a novel versatile linear light bullet can be useful in various applications such as micromachining.     

小宽带光谱色散匀滑光束传输特性研究

利用激光聚变研究中心自主开发的小宽带传输放大软件对小宽带光谱色散匀滑(SSD)光束进行具有"时间、空间、光谱分辨"的传输模拟,研究了SSD光束通过空间滤波器和自由空间的传输特性.给出了时间、空间、光谱的对应分布图,对比分析了SSD光束与非SSD光束的传输效应.研究结果对于合理设计SSD光束的发散角与空间滤波器小孔之间的匹配关系、选择适宜的调制频率,以及选择束匀滑色循环数等都有重要意义,同时对于光路设计特别是细光束自由传输距离的设计具有指导意义.     

空间诱导群速度色散的数值研究

利用数值模拟方法研究了超短脉冲Bessel光束传输过程中的空间诱导群速度色散-数值模拟的结果证实了对于实验中有限宽度的Bessel光束，只要其衍射距离大于空间诱导群速度色散的距离，空间诱导群速度色散的理论就可以很好地描述脉冲的演化过程- 关键词： 脉冲光束 时空耦合 空间诱导群速度色散     

Self-action of Bessel wave packets in a system of coupled light guides and formation of light bullets

The self-action of two-dimensional and three-dimensional Bessel wave packets in a system of coupled light guides is considered using the discrete nonlinear Schrödinger equation. The features of the self-action of such wave fields are related to their initial strong spatial inhomogeneity. The numerical simulation shows that for the field amplitude exceeding a critical value, the development of an instability typical of a medium with the cubic nonlinearity is observed. Various regimes are studied: the self-channeling of a wave beam in one light guide at powers not strongly exceeding a critical value, the formation of the “kaleidoscopic” picture of a wave packet during the propagation of higher-power radiation along a stratified medium, the formation of light bullets during competition between self-focusing and modulation instabilities in the case of three-dimensional wave packets, etc. In the problem of laser pulse shortening, the situation is considered when the wave-field stratification in the transverse direction dominates. This process is accompanied by the self-compression of laser pulses in well enough separated light guides. The efficiency of conversion of the initial Bessel field distribution to two flying parallel light bullets is about 50%.     

On the reality of supraluminal group velocity and negative delay time for a wave packet in a dispersion medium

It is shown that, in the case of the supraluminal group velocity of a wave packet in a dispersion medium, a wave packet with a smooth (analytical) envelope does propagate with a supraluminal velocity. In the case of a negative group velocity, the signal maximum does arrive at the detector earlier than at the transmitter. These facts are consistent with both the finiteness of the velocity of light in free space for information transfer (in the case of supraluminal propagation velocity) and the principle of causality (in the case of negative delay time). Basically, the effect of negative delay time may be employed for predicting an observable effect.     

光在二维无序介质中的动态传播过程

用有限时域差分 FDTD 法研究了光在二维无序介质中的动态传播过程.数值模拟了某一高斯脉冲光束入射到无序介质中光场的空间分布随时间的演化,结果表明：在光束入射的初期,能量从光源区向外传播并出现了清晰的波前传播的特点;经过一定的时间后,有部分能量从光源区向外扩散,而大部分能量逐渐聚集在介质中的一些小区域内,这与整体散射模型关于无序介质中光子局域化的研究相吻合,而且更清晰地呈现了形成光子局域化过程中的物理现象及整体散射干涉效应的重要机理作用.     

部分Bessel形电磁波

给出了满足Maxwell方程的自弯曲电磁波解(部分Bessel函数), 其可以通过发射调制初始相位和发射方向的一组平面波干涉合成来实现. 自弯曲电磁波在一定传播距离内保持波束形状不变, 其传播轨道接近圆形. 这类曲线加速的电磁波不同于Ariy波束, 其中部分Bessel波束的弯曲角度可以远大于Ariy波. 半Bessel 波束的Poynting矢量表明主瓣能够保持能量不扩散且偏转接近180°. 此外, 同时发射一对半Bessel电磁波能够在一定区域内实现对消, 即在该域内实现电磁波自屏蔽.