艾里-厄米-高斯光束在克尔介质中的孤子控制

以非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶数值模拟方法,讨论了有限能量艾里-厄米-高斯光束在克尔介质中的传输特性以及相互作用。研究表明,通过控制介质的非线性强度和艾里-厄米-高斯光束的初始振幅,可以抑制光束的衍射效应,当它们满足一定条件时,能够产生孤子。通过研究两艾里-厄米-高斯光束的相互作用,发现调整两光束的初始间隔以及相位,可以控制孤子的数量和传输方向。     

有偏压光伏光折变晶体中艾里高斯光束的传输特性

采用分步傅里叶法,数值模拟研究了有偏压光伏光折变晶体中艾里高斯光束的传输特性.结果表明,当艾里高斯光束初始振幅和晶体的外加电场在一定范围内时,可以形成沿直线稳定传输的呼吸式孤子.调节初始振幅或外加电场可以控制孤子的峰值强度和呼吸周期.随着入射光场分布因子的变大,孤子的平均峰值强度先增大后减小,孤子的呼吸周期先变小后变大.随着光束衰减因子的增加,孤子的平均峰值强度先增大后减小,然后再增大.此外,光束入射角为负值时,孤子向左偏移,光束入射角为正值时,孤子向右偏移.入射角只改变孤子的输出位置,不影响孤子的强度、宽度和呼吸周期.     

竞争型非线性介质中艾里-高斯光束交互作用的调控

基于分步傅里叶法研究了艾里-高斯光束在三次聚焦和五次散焦竞争型非线性介质中交互作用的调控.结果表明:当入射角度为零时,同相位艾里-高斯光束相互吸引,五次散焦非线性强度较弱时,可形成周期逐渐缩短的呼吸孤子或强度不变的孤子.五次散焦非线性强度较强时,呼吸孤子的平均宽度变大甚至出现光束分叉现象,形成孤子对.反相位艾里-高斯光束相互排斥,排斥力随五次散焦非线性强度单调递增.当入射角度不为零时,通过控制光束入射角度的正负和初始间距.同相位和反相位艾里-高斯光束交互作用时可以同时表现出相互吸引和排斥的现象.     

强非局域非线性介质中拉盖尔-高斯型光孤子相互作用

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的线性模型(修正的Snyder-Mitchell模型)讨论了两束共线(即光束中心和传输方向都相同)拉盖尔-高斯型光孤子的传输过程. 改变双光束的相对阶数和相对强度比,叠加光场在传输截面上的光强分布呈现出多样性,通过叠加的方法在该介质中产生了多环形光孤子. 一定条件下传输光束在传输过程中会出现旋转现象,叠加光场成为旋转光场,给出了旋转光束的旋转条件以及旋转速度. 进一步利用拉盖尔-高斯光束在传输过程中特有的螺旋相位特点分析了光场截面强度多样性产生的物理机理. 关键词： 强非局域非线性介质 拉盖尔-高斯型光孤子 共线传输 涡旋相位     

饱和非线性介质中艾里孤子的产生与传输调控

采用分步傅里叶法,通过数值模拟研究了饱和非线性介质中艾里孤子的产生与传输调控。单艾里光束入射时,在一定的初始振幅范围内可以产生稳定传输的呼吸式孤子。初始振幅增加时,孤子的强度增加,呼吸周期变短,但宽度基本保持不变。衰减系数增加时,孤子的平均峰值强度先增大后减小之后再增大,存在两个极值点。光束入射角度为负值时,形成左倾艾里孤子;光束入射角度为正值时,形成右倾艾里孤子。双艾里光束入射时,入射角同为负值可以减弱光束间的相互作用,入射角同为正值可以增强光束间的相互作用。此外,不同的入射角可以控制孤子或孤子对的传输方向。     

高斯型空间光孤子相互作用的数值研究

通过数值模拟的方法,对高斯孤子在对数型饱和非线性介质中的相互作用进行了研究,考查了两光束间的相对振幅和相对相位对其相互作用的影响。结果表明：高斯孤子之间的相互作用敏感地依赖于两光束间的相对振幅和相对相位。在不同的振幅差异范围内,光束间的主要作用交替地表现为相互排斥和相互吸引,并由于高斯孤子的不稳定性,导致了光束在碰撞后以一种尺寸周期性变化的呼吸模式传输。随着相对相位的增大,两光束间始终持续地表现出强烈的排斥作用,直到相对相位增加到一个2π周期之后。而且碰撞之后,光束也都以呼吸模式进行传输,其分离的角度越大,呼吸就越明显。     

高斯型空间光孤子相互作用的数值研究

 通过数值模拟的方法,对高斯孤子在对数型饱和非线性介质中的相互作用进行了研究,考查了两光束间的相对振幅和相对相位对其相互作用的影响。结果表明：高斯孤子之间的相互作用敏感地依赖于两光束间的相对振幅和相对相位。在不同的振幅差异范围内,光束间的主要作用交替地表现为相互排斥和相互吸引,并由于高斯孤子的不稳定性,导致了光束在碰撞后以一种尺寸周期性变化的呼吸模式传输。随着相对相位的增大,两光束间始终持续地表现出强烈的排斥作用,直到相对相位增加到一个2π周期之后。而且碰撞之后,光束也都以呼吸模式进行传输,其分离的角度越大,呼吸就越明显。     

超衍射极限相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术中空心光束的形成

空心光束的质量是超衍射极限相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术中决定成像质量的一个至关重要的因素. 本文基于菲涅耳衍射理论,分析了螺旋相位片法产生空心光束的物理机理,并且模拟了不同的入射条件对产生的空心光束的影响. 模拟结果表明:波长与相位片中心波长匹配且光强呈圆对称分布的高斯光垂直入射到相位片上,当高斯光束中心与相位片中心完全对准时,可获得较理想的空心光束;入射光光强分布的圆对称性以及入射光中心与相位片中心的对准程度都会影响产生的空心光束的强度分布;同时,高斯光束小角度倾斜入射时,空心光的强度分布仍呈圆对称,却在观察面发生一定的位移;此外,入射光中心波长偏离相位片中心波长不大时,对产生的空心光束的强度分布几乎没有影响. 上述分析结果对用于超衍射相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术中理想空心光束的获取具有重要的指导意义. 关键词： 空心光束 超衍射极限 相干反斯托克斯拉曼散射 螺旋相位片     

强非局域介质中基于古依相位的旋转涡旋光孤子

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的修正Snyder-Mitchell模型讨论了两束共线(即光束中心和传输方向都相同)拉盖尔-高斯型光孤子(CLGS)构成的涡旋光孤子传输过程。在一定条件下,涡旋光束在传输过程中,光束截面光斑发生旋转现象,但光束的束宽保持不变,称之为旋转涡旋光孤子。涡旋光孤子旋转的现象可以通过叠加光场中的古依相位来解释。结果展现了几个旋转涡旋光孤子在传输过程中的旋转现象和强非局域介质中多环形旋转涡旋光孤子的传输。     

对称艾里涡旋光束的传播特性

提出了一种对称艾里涡旋光束.在对称立方相位的基础上引入螺旋相位因子形成新的相位图,加载该相位的高斯光束经傅里叶变换后产生对称艾里涡旋光束.研究表明:对称艾里涡旋光束出现自聚焦现象,且由于轴上涡旋的存在,其中心呈现中空现象,涡旋结构携带的轨道角动量使光束在初始平面处发生旋转,拓扑荷数越大,中空结构越大,旋转角度也越大,而拓扑荷数的正负仅改变光束的旋向.理论分析表明,离轴涡旋在初始平面处,因与光轴中心距离较远,并不会影响对称艾里光束主瓣的能量,即中心并无光强为零区域,但随着传播距离的增加,离轴涡旋逐渐出现在对称艾里光束其中的一个主瓣上.此外,对称艾里光束还可以加载多个离轴涡旋,能同时无损伤地捕获多个微粒.该光束不仅具有自聚焦特性,并且其中心呈中空结构,同时还携带轨道角动量,在光学微操纵与生物医学等方面有潜在应用.     

非局域克尔介质中空间光孤子的相互作用

研究了强非局域克尔介质中光束的演化规律，通过相位分析得到了空间孤子相互作用所满足 的非局域非线性薛定谔方程的简化近似模型，并获得了双光束传输的解析解.结果表明在传 输过程中相互作用的高斯光束的相位决定于它们的输入总功率.以振幅一强一弱共同传输的 高斯光束为例进行了具体研究，得到了强光和弱光的解析式，相位分析显示弱光在相当短的 传输距离之内能产生大的相移，可以通过对强光能量的调控来实现对弱光的相位调制. 关键词： 非局域克尔介质 空间光孤子 孤子相互作用 相位调制     

非局域非线性介质中的拉盖尔-高斯涡旋呼吸子和涡旋光孤子

在圆柱坐标系下,利用分离变量的方法求得了非局域克尔介质中拉盖尔-高斯光束传输的精确解析解。当输入功率等于临界功率时,光束演变为拉盖尔-高斯涡旋光孤子,是一种旋转的多环光孤子;当输入功率接近于临界功率时,光束在传输过程中形成拉盖尔-高斯涡旋呼吸子。结果表明,低阶的拉盖尔-高斯孤子呈现中空多峰亮环分布。     

利用干涉光场的相位涡旋测量拉盖尔-高斯光束的轨道角动量

对拉盖尔-高斯光束经多圆孔衍射屏在远场平面上形成的干涉光场的相位和零值线进行了计算模拟.当入射光束的轨道角动量量子数为零时,实部零值线与虚部零值线在干涉光场中心点不相交,因而在该点上不能形成相位涡旋.当入射光束的轨道角动量量子数为+1和-1时,实部零值线与虚部零值线在干涉光场中心垂直并相交,干涉光场相应位置处的相位涡旋的符号相反.当入射光束的轨道角动量量子数为±2和±3时,有四条零值线相交于干涉光场的中心点上,并且实部零值线和虚部零值线交替分布,该交点处形成的相位涡旋的拓扑荷的值恰好与拉盖尔-高斯光束的轨道角动量量子数相等.这种结果可以用来测量涡旋光束的轨道角动量.     

(1+1)维强非局域非线性介质中的高阶模呼吸子

基于强非局域非线性介质中的Snyder-Mitchell模型,利用分离变量法得到了(1 1)维光束传输的厄米-高斯型解析解.比较厄米-高斯型解析解与非局域非线性薛定谔方程的数值解,证实了,在强非局域条件下,该厄米-高斯型解与数值解完全吻合.对厄米-高斯光束的传输特性进行研究,结果表明,光束束宽会出现周期性的压缩或者展宽现象.并且得到了实现厄米-高斯光束稳定传输的临界功率、厄米-高斯孤子解及传输常量,临界功率与厄米-高斯光束的阶数无关,但传输常量随阶数的增加而增加.高斯呼吸子和高斯孤子就是基模厄米-高斯呼吸子和基模厄米-高斯孤子.     

方形光阑限制高斯光束的传输变换

对基模高斯光束经方形光阑限制光学系统的光斑传输变换规律进行了论述．对于任一共轴光学系统,在不考虑有效光阑前面元件的衍射和变换时,考察入射光经有效光阑和其后面的元件发生衍射,根据柯林斯公式,对于非成像光学系统,采用稳相法得到出射光场的振幅分布;对于成像光学系统,根据像传递原理得到出射光场的振幅分布,最后得出出射光斑大小由有效光阑边长与光阑处高斯光束腰斑大小比较决定的结论．     

强非局域非线性介质中时空可控艾里-因氏-高斯光束的传输

根据强非局域非线性介质(SNNM)中傍轴光束传输遵循的(3+1)维薛定谔方程,获得了椭圆坐标系下时空可控艾里-因氏-高斯(CAiIG)光束的解析解。CAiIG光束由具有不同初始速度的艾里脉冲对空间因氏-高斯光束时域调制获得。通过调整光束初始入射功率和临界功率的比率、初始入射速度以及椭圆参数,探讨了SNNM中CAiIG光束的传输过程。时空CAiIG光束在传输过程中保持非色散特性。依据初始入射功率和临界功率的比率,光束束宽在空间呈现出周期性振荡(功率比不等于1)或者保持不变(功率比等于1)的状态。调整椭圆参数的值可以实现时空艾里-因氏-高斯光束与时空艾里-拉盖尔-高斯光束及时空艾里-厄米-高斯光束间的连续转换。此外,给出了SNNM中CAiIG光束呈呼吸态传输时几个传输截面上的能流分布图。     

强非局域介质中1+1维高斯型损耗空间双孤子的相互作用

研究了1+1维高斯型双光束在含小损耗的强非局域非线性介质中的传输特性。通过对该介质中光束传输遵循的非局域非线性薛定谔方程进行近似简化,得到了含小损耗强非局域非线性介质中1+1维高斯型双光束传输模型。在此基础上运用解析的方法研究了双光束传输的演化规律,得到了准双孤子解。经过进一步分析发现,在传输过程中两光束中心的轨迹为艾里函数;两光束会准周期性地碰撞、分离;随着传输距离的增大,两光束中心之间的最大距离会越来越大。另一方面,当损耗逐渐增大时,两光束的碰撞空间周期将变短,同时两光束中心之间的最大距离也越来越大。     

强非局域介质中1+1维高斯型损耗空间双孤子的相互作用

研究了1+1维高斯型双光束在含小损耗的强非局域非线性介质中的传输特性。通过对该介质中光束传输遵循的非局域非线性薛定谔方程进行近似简化,得到了含小损耗强非局域非线性介质中1+1维高斯型双光束传输模型。在此基础上运用解析的方法研究了双光束传输的演化规律,得到了准双孤子解。经过进一步分析发现,在传输过程中两光束中心的轨迹为艾里函数;两光束会准周期性地碰撞、分离;随着传输距离的增大,两光束中心之间的最大距离会越来越大。另一方面,当损耗逐渐增大时,两光束的碰撞空间周期将变短,同时两光束中心之间的最大距离也越来越大。     

球差对圆偏涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦场的影响

利用理查德-沃耳夫矢量衍射积分,分析了初级球差对圆偏振涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响,获得不同球差系数下的光强分布.结果表明,当初级球差系数增加,会聚光点偏离系统焦平面,纵向光场发生改变;焦点光强逐渐减小,焦平面光场发生变化;光轴上光强峰值逐渐减小,峰值两侧的旁瓣变化趋势相反,光强由对称分布变成非对称分布;初级球差对贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响不依赖其偏振态;离焦无法完全补偿初级球差对聚焦光场的影响.     

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.