三体相互作用下Bessel型光晶格中物质波孤立子的稳定性研究

研究了两体和三体相互作用空间调制情形下Bessel型光晶格中准二维玻色-爱因斯坦凝聚体系中物质波孤立子的稳定性. 利用标准的变分法程序, 得出体系有效势能的表达式, 进而根据有效势能结构给出了体系的稳定性条件. 结果表明, 在有Bessel型光晶格和没有Bessel型光晶格的情况下, 体系均能形成稳定的孤立子解, 但是有晶格参与时, 体系有很大范围的稳定区间. 另外, 稳定性受两体相互作用和三体相互作用共同支配, 其中两体相互作用对体系的稳定性起主导作用, 三体相互作用和相互作用的空间调制只对稳定性起调节作用, 但是在特定情况下, 必须要有三体相互作用或者相互作用空间调制的参与才能形成稳定的孤立子解.     

三体相互作用下Bessel型光晶格中物质波孤立子的稳定性研究

研究了两体和三体相互作用空间调制情形下Bessel型光晶格中准二维玻色-爱因斯坦凝聚体系中物质波孤立子的稳定性.利用标准的变分法程序,得出体系有效势能的表达式,进而根据有效势能结构给出了体系的稳定性条件.结果表明,在有Bessel型光晶格和没有Bessel型光晶格的情况下,体系均能形成稳定的孤立子解,但是有晶格参与时,体系有很大范围的稳定区间.另外,稳定性受两体相互作用和三体相互作用共同支配,其中两体相互作用对体系的稳定性起主导作用,三体相互作用和相互作用的空间调制只对稳定性起调节作用,但是在特定情况下,必须要有三体相互作用或者相互作用空间调制的参与才能形成稳定的孤立子解.     

线性与非线性光晶格中偶极孤立子的稳定性

利用变分法研究了线性和非线性交叉光晶格中偶极玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)体系中物质波孤立子的稳定性.选用柱对称高斯型试探波函数,得出参数的Euler-Lagrange方程和体系的有效作用势能,根据有效势能是否具有局域最小值判断体系是否具有稳定孤立子解.结果表明,由于存在接触相互作用的空间调制,在排斥和吸引偶极相互作用下,均能形成稳定的孤立子解.给出了参数空间中存在稳定解的区域和物质波波包宽度随时间的变化曲线.     

二维线性与非线性光晶格中物质波孤立子的稳定性

利用变分法和数值计算方法研究了二维线性和非线性光晶格中二维玻色-爱因斯坦凝聚体系中物质波孤立子的存在及其稳定性. 利用定态变分原理及Vakhitov-Kolokolov判据总结了线性和非线性结合光晶格中几种参数组合下定态定域解的稳定性. 结果表明, 当存在二维非线性光晶格时, 在吸引和排斥相互作用的原子体系中均可以存在稳定的物质波孤立子. 另外, 利用含时变分法研究了线性和非线性光晶格中物质波孤立子随时间的传播特性, 使波包参数对时间的一阶导数等于零, 可以给出稳定状态对应的参数, 结论和定态变分法给出的结果一致. 最后用数值计算方法研究变分结果的正确性, 把变分结果作为初始条件代入Gross-Pitaevskii方程研究其随时间传播特征, 得到了稳定的传播过程, 所得到的结果和变分分析结果一致. 关键词： 线性非线性光晶格 玻色-爱因斯坦凝聚 孤立子 稳定性     

Bessel型光晶格中自旋-轨道耦合极化激元凝聚的稳态结构

Bessel型光晶格是一种非空间周期性的柱对称的光晶格势场,其兼具无限深势阱和环状势阱的特征,在0阶Bessel光晶格势场中央形成深势阱,而在非0阶Beseel光晶格势场中能形成具有中央势垒的环状浅势阱.极化激元是一种半光半物质的准粒子,该准粒子甚至可以在室温条件下发生玻色-爱因斯坦凝聚相变,形成极化激元凝聚.另外,通过极化激元能级的腔诱导TE-TM分裂能在极化激元凝聚中实现足够强的自旋-轨道耦合作用.极化激元凝聚能在室温条件下实现,在其中又存在自旋-轨道耦合作用,其为量子物理的研究提供了全新的平台.本文把Bessel光晶格势场引入到极化激元凝聚系统,研究了存在自旋-轨道耦合作用下的旋量双组分极化激元凝聚系统的稳态结构.通过求解Gross-Pitaevskii方程给出了极化激元凝聚系统在实验室坐标系和旋转坐标系中极化激元凝聚系统的稳态结构,由于Bessel势场的引入,使得稳态结构更具有多样性.给出了实验室坐标系中在中央深势阱中存在的基础型高斯孤立子、多极孤立子和在环状浅势阱中存在环状孤立子和多极孤立子的稳态结构;给出了旋转坐标系中存在的涡旋环状孤立子,及其由于自旋-轨道相互作用引起的组...     

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     

变分法研究二维光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚的调制不稳定性

利用含时变分法研究了二维光晶格中准二维玻色-爱因斯坦凝聚中的调制不稳定性. 在平均场近似下, 由准二维Gross-Pitaevskii方程出发, 利用变分法给出了调制波振幅和相位所满足的时间演化方程, 通过求解时间演化方程和能量分析法给出了发生调制不稳定性的条件, 决定于平面波振幅, 晶格强度, 调制波的波矢量和原子之间的两体相互作用.     

强非局域非线性介质中的旋转涡旋光孤子

利用变分方法,得到了Snyder-Mitchell模型的旋转空间调制涡旋光孤子的近似解析解.在传输过程中,这种光孤子具有可观察的旋转特性.在一定的条件下,旋转的空间调制涡旋光孤子将退化为圆对称的涡旋光孤子. 关键词： 非局域非线性介质 强非局域性 空间调制涡旋光孤子 变分法     

Bessel型光晶格中双组分玻色-爱因斯坦凝聚体的基态解

研究了平面Bessel型光晶格(BL)中双组分玻色-爱因斯坦凝聚(BECs)体系的基态解.从描述三维(3D)BECs体系的动力学方程Gross-Pitaevskii方程(GPE)出发,当垂直方向囚禁频率远大于平面上囚禁频率时,得到了描述2D-BECs体系的动力学方程.利用双组分BECs体系中原子之间相互作用与BL强度相互平衡的条件,得到了平面BL光晶格中2D-GPE的一组基态精确解,给出了基态的原子数分布,总原子数和能量与原子之间相互作用强度及BL势的关系.相对于单组分BEC体系,由于不同组分原子相互作用的存在,使得BL光晶格中双组分BECs基态具有更丰富的结构.当不存在不同组分原子之间的相互作用时,模型简化到单组分体系,并给出了相应的基态解,原子数分布和能量. 关键词： Bessel型光晶格 基态解 双组分玻色-爱因斯坦凝聚     

变分法研究一维Bose-Fermi系统的稳定性

利用能量泛函变分法研究了一维Bose-Fermi系统稳定基态的存在条件.根据Bose-Fermi系统的Lagrange量可以得到三维Bose-Fermi体系所满足的非线性动力学方程组.当外势阱的横向囚禁频率远大于轴向囚禁频率时,体系可以当作一维模型来处理.从描述三维体系的动力学方程可以得到描述一维体系的动力学方程,选取适当的无量纲参数,可以对一维动力学方程组进行无量纲处理,得到数值计算和理论分析中常用到的无量纲方程.选择高斯型试探解(简单孤立子解),利用能量泛函变分法得到一维Bose-Fermi体系稳定的高斯型孤立子存在条件.分析了两种特殊情况下孤立子能够稳定存在的区域以及原子数的临界条件,最后得出了一般情况下稳定基态存在时临界散射长度与原子数以及波包宽度之间的关系.     

中空圆柱形边界条件下非线性介质中的晶格孤子

本文采用自相似方法求解中空圆柱形边界贝塞尔晶格中变系数非线性薛定谔方程, 得到了与数值模拟解一致的解析解, 表明由非衍射贝塞尔光束诱导的光子晶格可支持稳定的自相似孤子簇. 精确解ψ_mn是n+2层, 2m极的多极孤立波, 其形状及大小在传播过程中保持不变. 关键词： 空间光孤子 贝塞尔晶格 边界 自相似     

Stable spatiotemporal solitons in bessel optical lattices

We investigate the existence and stability of three-dimensional solitons supported by cylindrical Bessel lattices in self-focusing media. If the lattice strength exceeds a threshold value, we show numerically, and using the variational approximation, that the solitons are stable within one or two intervals of values of their norm. In the latter case, the Hamiltonian versus norm diagram has a swallowtail shape with three cuspidal points. The model applies to Bose-Einstein condensates and to optical media with saturable nonlinearity, suggesting new ways of making stable three-dimensional solitons and "light bullets" of an arbitrary size.     

Higher-order surface solitons in one-dimensional Bessel optical lattices

We demonstrate the existence of higher-order solitons occurring at an interface separating two one-dimensional (1D) Bessel optical lattices with different orders or modulation depths in a defocusing medium. We show that, in contrast to homogeneous waveguides where higher-order solitons are always unstable, the Bessel lattices with an interface support branches of higher-order structures bifurcating from the corresponding linear modes. The profiles of solitons depend remarkably on the lattice parameters and the stability can be enhanced by increasing the lattice depth and selecting higher-order lattices. We also reveal that the interface model with defocusing saturable Kerr nonlinearity can support stable multi-peaked solitons. The uncovered phenomena may open a new way for soliton control and manipulation.     

Surface solitons supported by one-dimensional composite Bessel optical lattices

We address the existence of surface solitons at an interface in a defocusing cubic medium with an imprinted one-dimensional （1D） composite Bessel optical lattice. This setting is composed of two Bessel lattices with different orders and different modulation depths, separated beside both sides of an interface. Stability analysis and numerical propagation simulations prove that solitons supported by the model are dynamically stable in the entire domain of their existence. The order of lattice determines the shape of soliton, and the amplitude of soliton depends on the lattice modulation depth. The experimental realization of the scheme is also proposed. Our results may provide another effective way of controlling the shapes of surface solitons and thus their evolutions by introducing a new freedom degree.     

Polarization vortex spatial optical solitons in Bessel optical lattices

We investigate the formation of polarization vortex spatial optical solitons in optical lattice induced by a non-diffracting Bessel beam. The properties of these solitons in zeroth-order and first-order Bessel lattices with focusing and defocusing Kerr nonlinearity are discussed. It is found that these solitons have some analogies with phase vortex solitons carrying single positive or negative topological charge in these lattices. Besides, these polarization vortex solitons have complicated dynamical characteristic and can be stabilized in some parameter region.     

Nonlinear dynamical stability of gap solitons in Bose-Einstein condensate loaded in a deformed honeycomb optical lattice

We investigate the existence and dynamical stability of multipole gap solitons in Bose-Einstein condensate loaded in a deformed honeycomb optical lattice. Honeycomb lattices possess a unique band structure, the first and second bands intersect at a set of so-called Dirac points. Deformation can result in the merging and disappearance of the Dirac points, and support the gap solitons. We find that the two-dimensional honeycomb optical lattices admit multipole gap solitons. These multipoles can have their bright solitary structures being in-phase or out-of-phase. We also investigate the linear stabilities and nonlinear stabilities of these gap solitons. These results have applications of the localized structures in nonlinear optics, and may helpful for exploiting topological properties of a deformed lattice.