强非局域非线性介质中的超高斯空间光孤子族

运用变分法,对任意实对称响应函数泰勒级数展开取至二阶,得到了1 1维强非局域非线性介质中光束传输的超高斯光束的近似分析解,提出了超高斯空间光孤子族模型。分析结果表明:束宽解是三角函数型,相移、空间啁啾以及临界输入功率都正比于超高斯光束的阶数,束宽振荡周期不仅与介质材料有关,而且还与光束和相位因子的阶有关。提出了准方波形空间光孤子的可能性。     

强非局域非线性介质中光束传输的空间光孤子解

利用1+2维Snyder-Mitchell模型讨论了柱坐标系下光束传输过程，得到了强非局域非线性介质中光束稳定传输的拉盖尔高斯型解，即空间光孤子解，并得到了入射光束稳定传输的临界功率.图示展现了几个低阶光孤子解，并发现了强非局域非线性介质中存在圆环形光孤子. 关键词： 强非局域非线性介质 拉盖尔高斯(Laguerre-Gauss)解 高阶空间光孤子     

非局域克尔介质中厄米高斯光束传输的变分研究

在非局域非线性克尔介质中,通过对介质实对称响应函数的泰勒展开,简化了非局域非线性薛定谔方程所对应的Lagrange密度,进而利用变分法对光束的传输问题进行了分析.求出试探解各个参量的演化方程并得到了自聚焦介质中的厄米高斯型光束的精确解析解,当输入功率达到临界功率时,即形成高阶空间光孤子(厄米高斯孤子),其最低阶(基模光孤子)就是高斯孤子.通过数值模拟发现解析解与数值解符合得很好. 关键词： 非局域克尔介质 变分法 厄米高斯光束 空间光孤子     

不同非局域程度条件下空间光孤子的传输特性

光束在非局域非线性介质中传输由非局域非线性薛定谔方程描述.讨论了在不同非局域程度 条件下，空间光孤子的传输特性.提出了一个基于分步傅里叶算法数值求解孤子波形和分布 的迭代算法.假定介质的非线性响应函数为高斯型，得出了在不同非局域程度条件下空间光 孤子的数值解，并数值证明了它们的稳定性.结果表明，不论非局域程度如何，光束都能以 光孤子态在介质中稳定传输.光孤子的波形是从强非局域时的高斯型过渡到局域时的双曲正 割型，形成孤子的临界功率随非局域程度的减弱而减小，光孤子相位随距离线性增大，相位 的变化率随非局域程度的减弱而减小. 关键词： 非局域非线性薛定谔方程 空间光孤子 临界功率 相位     

椭圆强非局域空间光孤子

对傍轴椭圆高斯光束在具有椭圆对称响应特性的强非局域非线性介质中的演化规律进行研究，得到了光束各参量演化的精确解析解，分析了单向空间光孤子和强非局域椭圆空间光孤子的形成条件，发现了椭圆光孤子的相移与介质响应函数的椭圆率有关. 关键词： 椭圆对称强非局域响应介质 椭圆强非局域空间光孤子 相移     

偏离束腰入射对非局域非线性介质中高斯光束演化的影响

从1+1维强非局域模型出发，讨论了偏离束腰入射的高斯光束在非局域非线性介质中的传输 特性，得到了精确的解析解.结果表明，在聚焦介质中偏离束腰入射时，不论入射功率多大 ，光束束宽将发生周期性波动，光孤子不复存在，这与从高斯光束束腰入射的情况有本质的 不同；入射功率决定了光束平均束宽的大小，入射位置决定了光束初始的演化趋势.比较了在入射位置相同的条件下，聚焦介质、散焦介质和线性均匀介质中光束的演化.给出了“空 间啁啾”的定义，偏离束腰入射的物理本质是光束的不同入射位置对应不同的初始空间啁啾 .空间啁啾的概念， 关键词： 非局域非线性介质 空间光孤子 高斯光束     

(1+2)维强非局域空间光孤子的相互作用

强非局域空间光孤子是指满足强非局域条件的空间孤子.在Snyder和Mitchell工作的基础上，获得了不共面对称斜入射(1+2)维强非局域空间光孤子对相互作用问题的精确解析解.结果表明，光束初始中心距离在大范围尺度内变化时，双孤子的演化都能形成类似DNA结构的稳定缠绕，这种稳定缠绕的结构与双孤子的初始相位差无关；光束中心在横截面上的投影轨迹一般是一个斜椭圆，通过改变两光束的初始中心距离和倾斜度可以控制该椭圆轨迹的变化.指出了利用(1+2)维强非局域空间光孤子的相互作用特性实现平面全光开关和全光互联的潜在可能性. 关键词： (1+2)维非局域非线性介质 空间光孤子的相互作用 全光开关 全光互联     

双曲正割光束在弱非局域非线性体材料中的传输特性研究

利用变分法研究了(2+1)维圆对称双曲正割光束在弱非局域非线性介质中的传输,得到了描述光束束宽、相位、波前曲率、振幅演化的一组微分方程,并得到了光束做孤子传输的临界功率;通过稳定性分析给出了弱非局域情形非局域效应对光束传输的稳定作用的定量描述,从而自洽地阐述了由不稳定的(2+1)维克尔孤子到稳定的(2+1)维弱非局域孤子的过渡情形. 数值模拟的结果验证了变分计算结果的正确性,并说明圆对称的双曲正割函数是(2+1)维弱非局域空间孤子的很好的近似. 关键词： 双曲正割光束 弱非局域非线性介质 空间光孤子     

强非局域空间三维光孤子短程相互作用

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的线性模型,根据不共面对称斜入射(1+2)维空间光孤子相互作用的解析解讨论了短程作用的情况.由能量守恒和动量守恒发现,这样的孤子在传输过程中其质心轨迹随着光束之间存在相位差而发生偏转.给出了最佳相位差,即以该相位差入射可以使光束质心偏转达到最大,使得在强非局域介质中通过调节相位差对三维光孤子实现全光控制成为可能.不同的振幅比对质心偏转也有影响.数值模拟了(1+2)维光孤子传输过程中坡印廷矢量(能流密度),分析了光孤子在传输过程中的坡印廷矢量变化,揭开了三维空间光孤子围绕 关键词： 强非局域非线性介质 空间光孤子 短程作用 坡印廷矢量     

强非局域光晶格中空间孤子的脉动传播

根据强非局域结构中空间孤子的演化方程——非局域非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶方法,对一维强非局域光晶格结构中空间孤子的脉动传播进行数值研究.分析了孤子的初始光束能量、非局域程度、光晶格调制强度、光晶格周期以及线性折射率的纵向调制率与空间孤子的脉动传播周期之间的关系,并对影响脉动传播的内在物理机制进行了讨论.同时,还研究了在线性折射率纵向调制情况下强非局域光晶格结构中空间孤子传输的开关行为. 关键词： 非局域非线性薛定谔方程 光晶格 空间孤子 光开关     

Optical beams in sub-strongly non-local nonlinear media: A variational solution

Discussed is the propagation of optical beams in non-local nonlinear media modelled by 1 + 1D non-local nonlinear Schrödinger equation (NNLSE). In the sub-strongly non-local case, an approximate analytical solution is obtained for an arbitrary response function by a variational approach. Described by a combination of the Jacobian elliptic functions, the solution is periodic, and its period depends on not only the input power but also the initial beam width, which is confirmed by the numerical simulation of the NNLSE.     

亚强非局域空间光孤子的相互作用

研究了亚强非局域空间光孤子的相互作用规律,从光线方程出发得到了孤子光束中心的演化性质以及相互作用周期的解析解.发现亚强非局域条件下孤子的初始间距和非局域特征长度的关系对孤子的相互作用周期有很大的影响,在斜入射时存在一个最大入射角, 小于这个角度孤子才会吸引.数值模拟验证了理论解析的结果. 关键词： 亚强非局域 相互作用 空间光孤子 全光开关     

基于强非局域空间光孤子特性的光子开关和光子逻辑门

利用(1+1)维Snyder-Mitchell模型讨论了由强非局域介质构成的平面介质波导中同频率和同极化的双光束和三光束同向共同传输的相互作用过程，得到了任意斜入射双光束和三光束相互作用的精确解析解.强非局域空间光孤子的相互作用过程是其特殊情况.基于强非局域空间光孤子的相互作用原理， 提出了实现光子开关、光子“同”(XNOR)和“或非”(NOR)逻辑的新理论方案，并讨论这些基本光子信息处理器件的优化设计问题. 关键词： 强非局域非线性介质 空间光孤子的相互作用 光子开关和光子逻辑     

三能级冷原子介质中多个光孤子的相互作用

冷原子介质中的光孤子在电磁感应透明(EIT)的作用下表现出很多奇异的特性,对描述这些特性的理论模型的研究在光信号处理和传输方面具有重要的意义. 描述三能级冷原子EIT介质中空间孤立子演化的二维饱和非线性薛定谔方程被转化成辛结构的Hamilton系统, 利用辛几何算法离散Hamilton系统得到了相应离散的辛格式,并且利用辛格式数值模拟了三能级冷原子EIT介质中在相同振辐不同相位的两个、四个光孤子的相互作用行为. 数值实验结果表明: 冷原子介质中多个光孤子的相互作用行为不但与入射高斯光束的相位有关,还和入射高斯光束的方向有关. 入射的高斯光束能在冷原子介质中形成稳定的孤立子.     

Counterpropagating optical beams and solitons

Physics of counterpropagating optical beams and spatial optical solitons is reviewed, including the formation of stationary states and spatiotemporal instabilities. First, several models describing the evolution and interactions between optical beams and spatial solitons are discussed, that propagate in opposite directions in nonlinear media. It is shown that coherent collisions between counterpropagating beams give rise to an interesting focusing mechanism resulting from the interference between the beams, and that interactions between such beams are insensitive to the relative phase between them. Second, recent experimental observations of the counterpropagation effects and instabilities in waveguides and bulk geometries, as well as in one‐ and two‐dimensional photonic lattices are discussed. A variety of different generalizations of this concept are summarized, including the counterpropagating beams of complex structures, such as multipole beams and optical vortices, as well as the beams in different media, such as photorefractive materials and liquid crystals.     

非局域非线性介质中光束传输的拉盖尔-高斯变分解

光束在非局域非线性介质中的传输过程由非局域非线性薛定谔方程描述.1+2D非局域非线性薛定谔方程可以转化为圆柱坐标系下的变分问题.通过展开介质响应函数并合理假设试探解求解变分方程,得到光束在强非局域非线性介质中的拉盖尔-高斯解.满足一定条件时,拉盖尔-高斯光束将形成光孤子或退化为高斯光束. 关键词： 非局域非线性介质 强非局域性 变分法 拉盖尔-高斯光束     

Spatial optical solitons in fifth order and seventh order weakly nonlocal nonlinear media

We analytically study the (1 + 1)-dimensional spatial optical solitons in weakly nonlocal nonlinear media with cubic–quintic nonlinearity (fifth order nonlinear media) and cubic–quintic–septic nonlinearity (seventh order nonlinear media). Explicit solutions are derived, which include optical bright solitons, singular solutions and singular triangular periodic solution.