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     

非傍轴矢量余弦-高斯光束两种光强表示的比较研究

从矢量瑞利-索末菲衍射积分公式出发,以非傍轴矢量余弦－高斯(CoG)光束为例,对非傍轴矢量光束的两种光强表示式,即传统光强公式和时间平均坡印廷矢量的z分量进行了比较研究.对非傍轴矢量CoG光束轴上和横向光强分布详细的数值计算和比较结果表明,两种光强表示式之间的相对误差η与w0/λ、z/λ和偏心参量b有关,其中w0,λ和z分别为束腰宽度,波长和传输距离.当偏心参量b较小,且束腰宽度与波长相比不很小时,例如,b≤0.8,w0/λ≥0.8,z/λ=10时,二者间的最大相对误差ηmax＜2%,传统光强公式可以使用.     

双曲余弦高斯涡旋光束的远场特性研究

运用电磁光束的角谱法和稳相法, 推导出双曲余弦高斯(ChG) 涡旋光束的TE波和TM波在自由空间远场传输和能流密度的解析表达式, 用以研究了ChG涡旋光束在远场中的位相奇点和能流密度分布特性. 结果表明, 改变ChG 涡旋光束中的离心参数或束腰宽度, 位相奇点的密度、位置会发生变化. 涡旋离轴量的变化会导致能流密度分布的不对称性. 当离心参数增大时, 原点周围黑核会向原点中心移动. 关键词： 双曲余弦高斯涡旋光束 位相奇点 能流密度     

椭圆涡旋光束在海洋湍流中的传输特性

本文采用分步相位屏方法来仿真椭圆涡旋光束在海洋中的实际传输情况,并对椭圆涡旋光束在海洋湍流中的传输光强和闪烁因子进行了仿真。研究发现,椭圆涡旋光束在海洋传输过程中,光斑会发生明显的旋转,同时光斑会产生暗核且暗核个数与光束的拓扑荷数相等。一个拓扑荷数为m的相位奇点会分裂成m个拓扑荷数为1的相位奇点,并且海洋湍流越强,光斑受到的干扰越严重。研究还发现,在较弱的海洋湍流中,随着传输距离的增加,椭圆涡旋光束的闪烁因子会低于高斯光束和涡旋光束的闪烁因子,而且在远距离处拓扑荷数越大闪烁因子降低越明显,同时也发现,传播一段距离后涡旋光束的闪烁因子会低于高斯光束的闪烁因子。在较强湍流中,椭圆涡旋光束的闪烁因子会交叠在一起。对于不同强度的海洋湍流,随着均方温度耗散率的增大,椭圆涡旋光束的轴上点闪烁因子也增大。在同一传输距离处,束腰宽度越小的椭圆涡旋光束闪烁因子越小。     

离轴拉盖尔-高斯涡旋光束传输中的光斑演变

在产生涡旋光束过程中, 固体激光器所输出的光束中心 很难与螺旋相位板的中心完全对准, 实际出射的光束为离轴涡旋光束. 在衍射理论的基础上, 对离轴涡旋光束的传输进行了研究, 推导了离轴涡旋光束传输一段距离后电场和光强的解析表达式.研究表明, 与理想的涡旋光束不同, 离轴涡旋光束具有非对称性的光强分布, 在传输过程中光斑除了展宽外, 涡旋暗核还会发生移动. 拓扑电荷数的大小只影响到光束的展宽, 拓扑电荷数为正时, 暗核沿着逆时针切线方向移动; 拓扑电荷数为负时, 暗核沿着顺时针的切线方向移动, 该结果对长距离探测涡旋光束的对准问题起到指导作用.     

正弦高斯涡旋光束的远场传输特性

根据角谱法和稳相法,推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式,研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下,远场中会出现相位奇点和能流密度黑核;当控制参量改变时,相位奇点和黑核的位置会发生移动,但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响,当涡旋离轴量为0时,相位奇点和能流密度分布关于原点对称;当涡旋离轴量改变时,相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.     

聚焦部分相干涡旋光束的传输和相干特性

根据部分相干光的传输理论,研究了部分相干高斯-贝塞尔涡旋光束通过光阑透镜聚焦后的传输和空间相关性质.数值计算结果表明,涡旋暗核的大小和焦平面上的光谱相干度都取决于入射光的拓扑电荷n、截断参量δ、相对相干长度σg和参量α.当选择适当的参量,在几何焦点附近会出现局域空心光束.研究还发现在焦面上光谱相干度会产生一个或多个的相位奇点(相干涡旋),而且拓扑电荷和相对相干长度会对相干涡旋的位置和个数产生影响.在相干极限下,相干涡旋可逐渐演变为光学涡旋.     

双复合离散型艾里涡旋加速光的传输特性

利用全息技术,采用二元相位处理后的离散型艾里涡旋相位,制作了一种双复合离散型艾里涡旋加速光.理论模拟和实验探究了该加速光的传输特性,以及线性因子(s)、径向层数(N)和拓扑荷梯度(ΔL)对光场的调控机制.结果表明,双加速光在传输过程中,由于离散和旋转效应,逐渐分离为多个类艾里光;通过调节传输距离及ΔL,可实现二维类艾里光至一维类艾里光之间的演化.此外,N和s可分别调节双加速光的强度分布及其在初始截面(z=0处的x-y平面)中的位置分布;ΔL也可调节分离的类艾里光之间的强度分布.     

涡旋中的涡旋

二维涡旋是一种常见的现象 ,例如在海面上 ,在盆中搅动着的水面上或大气中都可观察到转动着的涡旋 .最近 ,美国科学家在数值计算中发现 ,在二维转动着的盘形涡旋中 ,如有一个快速旋转且其旋转方向与盘形涡旋转动方向相同的小的点涡旋时 ,就会出现一种在自然界尚未认识到的新的二维涡旋现象 .最近对这种二维涡旋的动力学行为进行了实验研究 .他们用了一个由磁场约束住的电子柱 .这个电子柱在电磁力Ｅ×Ｂ的作用下进行转动 ,其转动着的端面等效于一个二维转动的盘形涡旋 .他们观察到 ,在这个盘形涡旋中的一个旋转着的小的点涡旋 ,能使盘形涡旋…     

自散焦非局域非线性材料中的光学涡旋孤子

通过数值模拟的方法对非局域非线性自散焦材料中的光学 涡旋孤子的传输特性以及相互作用特性进行了研究. 研究表明, 拓扑荷|m|=1的非局域涡旋孤子是稳定的, 而拓扑荷|m|>1的非局域涡旋孤子均具有拓扑不稳定性. 在微扰存在的情况下以及在近距离相互作用的过程中, |m|>1的涡旋孤子会分裂成一系列的|m|=1的涡旋孤子. 非局域涡旋孤子与局域涡旋孤子具有相同的长距离相互作用模式, 即点涡旋相互作用模式. 但两者的短距离相互作用存在一些差别, 在相同的距离下, 两涡旋间的相互绕转的周期随着材料的非局域响应长度增大而增大. 关键词： 非局域非线性薛定谔方程 自散焦 涡旋孤子     

Vortex transmutation

Using group theory arguments and numerical simulations, we demonstrate the possibility of changing the vorticity or topological charge of an individual vortex by means of the action of a system possessing a discrete rotational symmetry of finite order. We establish on theoretical grounds a "transmutation pass" determining the conditions for this phenomenon to occur and numerically analyze it in the context of two-dimensional optical lattices. An analogous approach is applicable to the problems of Bose-Einstein condensates in periodic potentials.     

Vortex scattering

The geodesic approximation to vortex dynamics in the critically coupled abelian Higgs model is studied. The metric on vortex moduli space is shown to be Kähler and a scheme for its numerical computation described. The scheme is applied to the 2-vortex system and the geodesic scattering compared with previous simulations of the full field theory. The quantum scattering is also analysed.     

Vector Lattice Vortex Solitons

Two-dimensional vector vortex solitons in harmonic optical lattices are investigated. The stability properties of such solitons are closely connected to the lattice depth V0. For small V0, vector vortex solitons with the total zero-angular momentum are more stable than those with the total nonzero-angular momentum, while for large V0, this case is inversed. If V0 is large enough, both the types of such solitons are stable.     

Creation of Molecular Vortex

The molecular vortex is predicted to be generated from an atomic Bose-Einstein condensate through the two-color photoassociation process with a specially designed field configuration in which a Gaussian and a first-order Laguerre Gaussian laser beam are applied between the bound-bound and free-bound transition, respectively. We show that such a configuration can lead to a coherent superposition of an atomic condensate and a molecular quantized vortex. We develop stimulated adiabatic passages to minimize the effect of mean-field shifts due to collisions for optimal conversi9n of an atomic condensate into a ground molecular vortex.     

Long-Lived Quantum Vortex Knots

The dynamics of the simplest torus quantum vortex knots in a superfluid at zero temperature has been simulated with a regularized Biot–Savart law (the torus radii R₀ and r₀ for the initial vortex configuration are much larger than the width of the vortex core ). The evolution times of knots until their significant deformation have been calculated with a small step in the parameter B₀ = r₀/R₀ for different values of the parameter Λ = log(R₀/ξ). It has been found that regions of quasi-stability appear at Λ ? 3 in the range B₀ ? 0.2, which correspond to long knot lifetimes and very large traveling distances up to several hundred R₀. This result is new and quite surprising because previously it was believed that the maximum lifetime of torus knots until reconnection does not exceed several typical periods. The opening of quasi-stable “windows” at increasing Λ is due to narrowing of main parametric resonances of the dynamic system in the parameter B₀.     

High-Gain Nanosecond Vortex Laser

We demonstrate a high-gain vortex power amplifier with the double-pass configuration based on the rod Nd:YAG crystal. In the experiments, a nanosecond vortex seed beam is converted from a conventional Q-switched Nd:YAG laser output with a spiral phase plate and then amplified with the Nd:YAG amplifier stage. A maximum amplification output energy up to 163.5 mJ is achieved at 20 Hz with a 3.2-ns pulse, corresponding to an amplification factor of 81.8. Further discussions are provided to find ways of increasing the power scaling.