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。     

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。     

非均匀梯度折射率波导中自相似光波的形成和管理

以描述光波在非均匀梯度折射率波导中传输的变系数非线性薛定谔方程为模型,讨论亮、暗自相似光波在不同波导系统中的形成和管理。根据该方程的光学自相似解,分别研究自相似光波在克尔非线性平面波导、均匀的梯度折射率平面波导、周期分布的梯度折射率波导和双曲分布的梯度折射率波导中的演化。结果表明,自相似光波的形成与波导系统的线性折射率分布和非线性折射率分布有关。在均匀系统和双曲分布的系统中,都可实现对自相似光波的压缩和放大,但在双曲分布系统中,自相似光波的传输距离会受到更大的限制。在周期振荡系统中,则可形成周期振荡且稳定传输的自相似光波。     

线性散焦PT对称波导中饱和非线性孤子传输与控制

为了研究线性散焦宇称-时间对称双通道波导中分数阶衍射饱和非线性下孤子的模式以及孤子的传输与控制,通过改进的平方算子迭代法对含有线性势的分数阶饱和非线性薛定谔方程进行数值计算得到孤子模式,傅里叶配置法判断孤子线性稳定性,并利用分步傅里叶法模拟仿真孤子的传输。研究结果表明：在散焦饱和非线性中,该宇称-时间对称波导可支持稳定的双峰灰孤子模式。随着饱和非线性系数和传播常数绝对值的增大,双峰灰孤子的背景强度增大,灰度值减小,功率增大。Lévy指数、增益/损耗系数和饱和非线性系数的增加会导致孤子的横向能流密度变化增大,但在波导通道位置处接近于0。在聚焦饱和非线性下,线性散焦宇称-时间对称波导对亮孤子光束具有控制作用。当光束在波导中心输入,孤子以呼吸子的形式长距离传输;在非波导中心输入,光束以初始输入位置为边界振荡传输。随着饱和非线性系数的增大,光束的振荡频率增加,光束宽度变宽,峰值强度减小。宇称-时间对称波导势阱深度的增加会导致光束的振荡频率增加,峰值强度增加。该研究结果可为宇称-时间对称波导对光束的控制提供一定的理论参考。     

光折变晶体中光诱导波导的折射率分布

分别讨论了亮孤子和暗孤子在光折变晶体中诱导波导的折射率分布,结果表明光诱导波导的折射率分布除与光强的倒数有关外,还与光强对数的一阶导数有关.后者对折射率的影响引起波导折射率的非对称性分布.     

超短脉冲激光在掺Er3+ 磷酸盐玻璃中制备光波导的实验研究

超短脉冲激光通过非线性吸收调制光学材料折射率提供了一种高效制备集成三维光子器件的途径.掺Er³⁺磷酸盐玻璃由于其优异的特性以及在1.55μm通信波段附近的发射光谱，成为了集成光学主动增益材料中的研究热点.实验采用重复频率1 kHz,中心波长800 nm,脉冲宽度120 fs的钛宝石飞秒激光放大系统作为制备波导的光源，系统研究了加工参数对激光写入形貌、波导形成及光学特性的影响.实验结果表明，在狭缝整形辅助短焦物镜横向刻写条件下，写入脉冲能量为1.8μJ时，光波导可以在写入速度为10μm/s-160μm的较宽范围内形成；写入速度为40μm/s时，光波导写入脉冲能量参数窗口为1.6μJ-2.0μJ;波导写入深度在125μm-200μm范围时，波导横截面对称性较好且折射率修改明显；近场强度测量结果显示所制备波导近场强度分布对称，导光特性良好.通过有限差分法反推波导区域折射率修改分布，结果显示最大折射率修改为Δn=6.6×10^-4.截断传输损耗测量结果显示所制备波导的传输损耗低至0.91 dB/cm.     

一维光学格子孤子的传输特性及控制研究

利用解析和数值方法研究了在具有横向折射率周期性调制的克尔型非线性介质中光学格子孤子的传输，得到了孤子参数的演化方程以及格子孤子的形成和稳定传输的条件.结果表明：当光束的入射角小于某临界角度时，光束可被类似波导形式的路径俘获而稳定传输，该临界角随折射率调制周期、调制深度的增加而增大，且光束越窄临界值越大.此外，线性空间啁啾虽然对光束传输的中心位置没有任何影响，但会导致光束发散从而破坏格子孤子的形成和稳定传输，对此提出了采用特定功率取值来补偿啁啾作用从而形成格子孤子的方案. 关键词： 光孤子 光学格子 光传输 矩方法     

光纤激光器中亮暗孤子对的传输特性

基于简化的光纤激光器模型,采用分步傅里叶方法,数值研究亮暗孤子对在光纤激光器中的传输特性。研究结果表明,在光纤激光器中,亮暗孤子对是否稳定存在与群速度色散有关,亮暗孤子对在零色散区可以保持波形不变的稳定传输。同时亮暗孤子对受光纤激光器的小信号增益系数、饱和能量、初始脉宽、偏振角度等因素的影响。小信号增益系数越大,饱和能量越大,则亮暗孤子对的峰值强度越大,脉宽越窄。当峰值强度增加到一定程度,亮暗孤子对发生分裂。偏振控制器可以控制亮暗孤子对的输出。本研究结果可为光纤激光器中亮暗孤子对信号源的产生研究提供一定的理论依据。     

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。     

拉曼增益对孤子传输特性的影响

利用考虑拉曼增益效应的非线性薛定谔方程, 在忽略光纤损耗的情况下, 采用基于MATLAB的分步傅里叶数值算法, 得出线性算符和非线性算符具体的表达式, 分步作用于光孤子脉冲传输方程, 仿真模拟了光孤子在光纤中传输时的演变. 与不考虑拉曼增益的光孤子在光纤中传输相对比, 探析了拉曼增益对孤子传输特性的影响.拉曼增益会破坏孤子的传输周期, 导致孤子在光纤中传输时快速衰减, 并且影响程度和输入孤子的脉冲峰值功率大小有关, 拉曼增益对基态孤子和高阶孤子的影响也不相同. 关键词： 拉曼增益 孤子 对称分步傅里叶法 非线性薛定谔方程     

Solitons in PT–symmetric optical lattices with spatially periodic modulation of nonlinearity

We study the existence and stability of solitons forming in PT–symmetric optical lattices with spatially periodic modulation of the local strength of the nonlinear media. We found that the spatial modulation of the nonlinearity significantly affects the stability of solitons in PT–symmetric optical lattices. With the decrease of the strength of nonlinear refractive index modulation, the soliton's stability domain increases, whereas with the increase of the period of nonlinear refractive index modulation, the corresponding soliton's stability range narrows. In addition, we also investigate the influence of variation of the amplitude of the linear PT–symmetric lattice potential on soliton dynamics, in the presence of spatially periodic modulation of nonlinearity.     

Variant fractional Fourier transformer for optical pulses

We demonstrate that it is possible to perform a fractional Fourier transform of an incident pulse with a continuously variable degree of fractionality, using a dispersive and nonlinear Kerr medium. This medium acts as a linear waveguide for the optical pulse if its intensity is small and if the refractive index is nonlinearly time-dependently modified by a simultaneously launched bright soliton. For optical pulses the dispersive and nonlinear medium is perfectly equivalent to a graded-index refractive medium for optical beams.     

Stationary wave packets in the Kerr nonlinear media with imaginary harmonic potential and linear gain

The existence of stationary wave packets in the nonlinear Kerr media with an imaginary harmonic potential and a linear gain is investigated. By employing a variational approach the existence of stable bright solitons is shown for the case of a defocusing nonlinearity. In focusing nonlinear media, the bright solitons have been shown to be unstable. The predictions of variational approach are confirmed by numerical simulations of the full modified NLS equation. The predicted stationary localized wave packets can be observed in a quasi-one-dimensional BEC with an imaginary optical potential and atoms feeding.     

Frequency characteristics of the dark and bright surface solitons at a nonlinear metamaterial interface

We investigate the generation and properties of dark and bright surface waves at the interface of a conventional medium and a metamaterial. It is shown that the stable dark and bright surface solitons can coexist even when the nonlinear Kerr coefficients of the two media are negative, completely different from those at the interface between two conventional media. Most importantly, both the dark and bright surface solitons exist only within a certain range of the effective refractive index of the metamaterial, greatly depending on the frequency of the electromagnetic wave propagating in it. Therefore, the generation conditions for surface solitons, and the properties of the generated surface solitons such as the peak positions and the intensity of the dark and bright surface solitons, can be controlled by adjusting the structure parameters of the metamaterial and/or the frequency of the electromagnetic wave.     

Nonlinear band gap transmission in optical waveguide arrays

The effect of nonlinear transmission in coupled optical waveguide arrays is theoretically investigated and a realistic experimental setup is suggested. The beam is injected in a single boundary waveguide, linear refractive index of which (n(0)) is larger than refractive indexes (n) of other identical waveguides in the array. Particularly, the effect holds if omega(n(0)-n)/c>2Q, where Q is a linear coupling constant between array waveguides, omega is a carrier wave frequency, and c is a light velocity. Numerical experiments show that the energy transfers from the boundary waveguide to the waveguide array above a certain threshold intensity of the injected beam. This effect is due to the creation and the propagation of gap solitons in full analogy with a similar phenomenon in sine-Gordon lattice [Phys. Rev. Lett. 89, 134102 (2002)]].     

Long wave-short wave resonance in nonlinear negative refractive index media

We show that long wave-short wave resonance can be achieved in a second-order nonlinear negative refractive index medium when the short wave lies on the negative index branch. With the medium exhibiting a second-order nonlinear susceptibility, a number of nonlinear phenomena such as solitary waves, paired solitons, and periodic wave trains are possible or enhanced through the cascaded second-order effect. Potential applications include the generation of terahertz waves from optical pulses.     

带有增益介质层的混合脊状等离子体波导的传输特性

在传统脊状等离子体波导的基础上设计了一种带有增益介质层的新型混合脊状等离子体波导,其结构中的介质层部分包含两个区域:前区为单一介质,后区的脊是由2种介质构成的双层脊区。采用二维时域有限差分方法分析了波导结构的传输特性,得到了TM模下的电场分布图,并对输出功率以及传输损耗与结构参数和介质折射率的变化规律进行了讨论。结果表明,在波导中引入的增益介质材料磷化铟后其损耗达到-6 dB/μm。此种波导结构对于光集成芯片的研究与制作具有重要意义。     

Stability of solitons in parity-time-symmetric couplers

Families of analytical solutions are found for symmetric and antisymmetric solitons in a dual-core system with Kerr nonlinearity and parity-time (PT)-balanced gain and loss. The crucial issue is stability of the solitons. A stability region is obtained in an analytical form, and verified by simulations, for the PT-symmetric solitons. For the antisymmetric ones, the stability border is found in a numerical form. Moving solitons of both types collide elastically. The two soliton species merge into one in the "supersymmetric" case, with equal coefficients of gain, loss, and intercore coupling. These solitons feature a subexponential instability, which may be suppressed by periodic switching ("management").     

有偏压中心对称光折变晶体中的屏蔽孤子

给出了中心对称光折变晶体中屏蔽孤子的高阶空间电荷场.当高阶项可以忽略时，这个电荷场就变为早前在中心对称光折变晶体中研究的屏蔽孤子的空间电荷场.研究了中心对称光折变晶体中屏蔽孤子的高阶非线性波动方程.在适当的条件下，这个非线性波动方程能够展示明暗空间光孤子.这类晶体不同于非中心对称晶体，其非线性折射率的改变来源于二次电光效应，而不是一般的线性电光效应.应用光束传播的方法，对这些孤子的稳定性进行了讨论.表明在小的微扰下这类孤子是稳定的，不会发生分裂.     

梯度折射率非局域介质中空间孤子振荡行为研究

应用等效粒子近似方法研究了光学空间孤子在带有局域和非局域非线性横向非均匀介质中的传输动力学行为.发现孤子在传播过程中横向的周期性振荡.折射率调制幅度和波导的归一化宽度决定了振荡周期的大小.介质的非局域对振荡振幅有着较小的影响.模拟了孤子传输过程,所得数值结果与理论分析符合很好.此外,模拟传输还发现多孤子束缚态能够在这个模型中稳定传播.这种振荡特性或许可以应用于光学路由器、转换器、开关等.