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。     

贝塞尔晶格中环状涡旋孤子的研究

贝塞尔晶格是在自聚焦光折变晶体中通过光诱导产生的,研究了涡旋光束在贝塞尔晶格中的传输特性。通过数值仿真发现改变参数的值,即改变晶格上外加电场强度的大小、贝塞尔晶格的横向尺度系数以及晶格深度,会出现完全不同的传输结果。这些结果表明:由于晶格的存在,输入的环状涡旋光束可以克服自身因聚焦非线性而引起的方位角调制不稳定性;当条件适当时,涡旋光束可以形成环状涡旋孤子并稳定地传输很长距离;当输入光束的能量并不是完全落在贝塞尔晶格的环状信道中时,在传输过程中光束可能演变成为一个大环环绕一个小环的双环结构。     

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     

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     

光子晶格中新颖的空间带隙孤子——饶毓泰基础光学二等奖介绍

光子晶格作为一种光学周期性离散体系,具有通常均匀介质所无法比拟的独特性质,它为空间离散孤子、表面波以及衍射操控等一系列线性和非线性离散动力学行为的实验观测提供了便利条件,同时在全光路由、全光开关和光子计算机等方面具有重要的应用前景.文章简要回顾了南开大学的研究小组近期在二维光子晶格中有关空间带隙孤子的一系列研究工作,包括二维基本带隙孤子、类偶极带隙孤子、带隙孤子串以及涡旋带隙孤子等.在有的实验过程中,文章作者清晰地观测到探测光束的频谱整形,波常数从具有反常衍射的导带底部演化到光子禁带中,并且通过干涉图反映的相位关系验证了带隙孤子形成.实验的结果可以为其他离散系统中带隙孤子态的观测提供有益参考和启示.     

光弹在库墨-高斯晶格中传输特性的研究

基于分布傅里叶算法及快速虚时间演化迭代法, 研究了光弹在线性和非线性散射异相调制的库墨-高斯晶格中传输的特性. 结果表明, 线性和非线性相位调制显著地改变了光弹的形状及其稳定范围, 并且非线性调制深度通过传播常数控制稳定性区域的宽度, 稳定时空光孤子的能量随着非线性调制深度的加强而增长. 关键词： 时空光孤子 库墨-高斯晶格 快速虚时间演化迭代法     

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。     

矢量孤波在综合管理的双折射光纤系统中的传输

以变系数的耦合非线性薛定谔方程作为光脉冲传输的理论模型,考虑了三阶色散、自频移效应、自陡峭效应和五阶非线性效应,采用对称分步傅里叶方法,数值模拟了矢量组合孤波在综合管理的双折射光纤中的传输,研究了矢量组合孤波中相邻孤子间的相互作用,并且讨论了在加入噪声干扰、功率微扰和相位微扰情况下矢量组合孤波的传输稳定性。模拟结果显示:在一定条件下,矢量组合孤波中相邻两孤子几乎不发生相互作用,能够无畸变传输;并且在有限干扰情况下,矢量组合孤波具有良好的传输稳定性和抗干扰性。     

五阶非线性对啁啾超短脉冲间相互作用的影响

基于包含五次复系数的高阶Ginzburg Landau方程为模型,采用分步傅里叶方法数值研究了啁啾类超短脉冲间的相互作用。结果表明:相邻孤子之间的相互作用对五阶非线性效应非常敏感,即使参数改变很小的值,也会改变其传输特性。适当地选择五阶非线性参数值,能够很好地抑制孤子间的相互作用,提高光纤传输的比特率。当相邻孤子的初始间距为6.8,五阶非线性参数值取-0.001时,可以实现2个孤子长距离的保型传输。最后讨论了五阶非线性作用下多孤子之间的相互作用及抑制。     

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     

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     

拉曼增益对双折射光纤中孤子传输特性的影响

本文采用考虑拉曼增益的耦合非线性薛定谔方程,利用分步傅里叶方法求解并仿真模拟了光孤子脉冲在不同性质的双折射光纤中传输时的演化过程.结果表明,拉曼增益可以有效抑制非线性耦合导致的孤子漂移,同时会导致光孤子脉冲峰值在传输时不断增大,产生拉曼放大效应.拉曼增益也可以有效抑制双折射光纤中传输的相邻光孤子之间的相互作用.     

三体相互作用下准一维玻色-爱因斯坦凝聚体中的带隙孤子及其稳定性

具有三体相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein Condensate, BEC)束缚于雅可比椭圆周期势中,在平均场近似下可用3—5次Gross-Pitaevskii方程(GPE)描述.首先利用多重尺度法对该系统进行了理论分析,将GPE化为一定态非线性薛定谔方程(Nonlinear Schr?dinger Equation, NLSE),并给出了一类带隙孤子的解析表达式.然后采用牛顿共轭梯度法数值得到了该系统中存在的两类带隙孤子,发现孤子的振幅随着三体相互作用的增强而减小,这与多重尺度法分析所得结论一致.最后用时间劈裂傅里叶谱方法对GPE进行长时间动力学演化以考察孤子的稳定性,发现系统中既存在稳定的带隙孤子,也存在不稳定的带隙孤子,且外势的模数会对孤子的结构和稳定性产生明显影响.     

光子晶体波导中的孤子传输及其延迟特性研究

研究了正方晶格和三角晶格空气背景硅介质柱光子晶体线缺陷波导导模左带隙边缘处的亮孤子脉冲传播特性及其慢光延迟特性. 采用平面波展开法仿真分析了波导相邻两行介质柱大小r₁和r₂以及波导宽度D对孤子脉冲传输所需峰值功率P₀和延迟时间T_s的影响,总结了其变化规律. 通过调整波导结构得到了正方晶格和三角晶格优化波导结构,优化后,正方晶格结构波导P₀减小了81.17%,T_s增加了66.32%;三角晶格结构波导P₀减小了73.7%,T_s增加了67.63%,实现了孤子传输性能的大幅度优化. 关键词： 光子晶体波导 光孤子 峰值功率 延迟时间     

二阶孤子的传输和相互作用

用分步傅里叶变换法求解二阶孤子传输的非线性薛定谔方程, 得到了在此条件下孤子传输的数值图形, 发现二阶孤子在传输中被压缩, 幅值振荡变化。2个二阶孤子在传输过程中没有出现象2个一阶孤子那样周期性碰撞, 但2个二阶孤子时间间隔较小时, 随传输距离在2个二阶孤子中间周期性地衍生出第3个孤子。研究证明：二阶孤子的传输具有与一阶孤子明显不同的特征。     

电磁感应透明的高阶非线性效应对光孤子的影响

研究了电磁感应透明介质中高阶非线性效应对光孤子传输的影响。采用半经典理论获得介质对光场的线性和非线性响应,基于介质特性利用波动理论推演出三-五阶非线性薛定谔方程。介质的线性非线性特性分别决定了群速度色散参量,三阶和五阶非线性系数。研究结果表明,该非线性介质既可以诱导亮孤子也可以诱导暗孤子,取决于群速度色散参量和三阶非线性系数。当前者为负同时后者为正时产生亮孤子,当两者均为负时产生暗孤子,二者可以通过载频与相应跃迁能级失谐的调节获得。与普通非线性薛定谔方程相比,三-五阶非线性薛定谔方程对亮孤子和暗孤子出现的参数和输入条件更加严格。     

空气中紫外波长局域涡旋光孤子的解及其稳定性

根据紫外波长光束在空气中传输时的非线性效应得到包含氧分子三光子电离等非线性效应的薛定谔方程。由该非线性薛定谔方程出发,研究了紫外波长光束在空气中传输时局域涡旋光孤子的形成。将涡旋孤子的形成和粒子在势阱中的运动联系起来,讨论了光束在空气中形成局域涡旋光孤子的初始条件。数值求解了柱坐标下的涡旋孤子解,随着初始幅值的变化,方程出现单环、双环等孤子解;分析了孤子解光强分布随着传播常数的变化情况,并得出光束尺度和脉冲能量对应初始幅值的变化关系。同时分析了孤子解的扰动稳定性,验证了Skarka所推导的一般性判据。     

五阶克尔非线性光纤放大器中光脉冲的传输特性

以变系数高阶非线性薛定谔方程为理论模型,对光脉冲在具有五阶非线性克尔效应光纤放大器中的传输特性进行了研究.在加入振幅微扰、相位扰动、噪声微扰的情况下,数值模拟了亮孤波、灰孤波和黑孤波在光纤系统中的传输稳定性,并且讨论了孤子间的相互作用.数值模拟结果表明:在有限的微扰下,三种光脉冲具有良好的传输稳定性.     

光纤损耗对孤子系统传输的影响

利用分步傅立叶法数值求解了包含光纤损耗效应的非线性薛定谔方程,分别仿真模拟了其对亮孤子和 暗孤子脉冲在各向同性光纤中传输特性的影响.结果表明,随着传输距离的增大,光纤损耗导致基阶亮孤子和暗孤 子的峰值功率减小,脉冲加速展宽.而对于高阶孤子,光纤损耗会破坏高阶亮孤子的周期性变化,但对于高阶暗孤子 的影响几乎与基阶暗孤子相同.因此在光纤损耗参数相同的情况下,暗孤子的相对衰减率比亮孤子的相对衰减率 小,故暗孤子比亮孤子更稳定.     

高阶孤子在光纤中传输的数值研究

通过数值求解非线性薛定谔方程,得到了二阶和三阶孤子的传输特性,并和一阶孤子做了比较.对于二阶孤子和三阶孤子间的相互作用做了分析,讨论了三阶色散对高阶孤子相互作用的影响,得出随着三阶色散的增大,会使孤子的衰变具有新的特性,将会导致光孤子通信的误码率加大.