双曲余弦高斯光束在强非局域介质中的传输

从描述强非局域介质中光束传输的非线性薛定谔方程出发,研究了(2+1)维双曲余弦高斯光束在强非局域介质中的传输性质及其相互作用,给出了双曲余弦高斯光束在强非局域非线性介质中传输的解析表达式和二阶矩束宽的解析表达式,同时对两束双曲余弦高斯光束之间的相互作用进行了解析和数值分析。结果表明单光束入射强非局域介质时,存在一个临界功率,当入射功率等于临界功率时,光束在传输过程中的二阶矩束宽可以保持不变;当入射功率不等于临界功率时,光束的二阶矩束宽呈周期性变化。两束双曲余弦高斯光束共同传输时会相互吸引,并且横向强度分布变的较为复杂,给出了两束光传输时相互作用后的强度分布和轴上光强演化等结果。     

强非局域介质中高斯型损耗空间光孤子

 利用变分法研究了1+1维傍轴高斯光束在含有小损耗的强非局域非线性介质中的传输特性，得到了光束各参量的演化方程、束宽的演化规律和一个临界功率。在介质损耗足够小的前提下，当光束初始功率等于临界功率时，得到了一个束宽随传输距离缓慢展宽的准空间光孤子——损耗空间光孤子；当光束初始功率小于临界功率时，光束束宽则按雅可比椭圆正弦函数和椭圆余弦函数作准周期展宽变化；当光束初始功率大于临界功率时，光束束宽将从按雅可比椭圆正弦函数和椭圆余弦函数作准周期压缩变化过渡到按雅可比椭圆正弦函数和椭圆余弦函数准周期展宽变化。     

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。     

复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中的传输

研究得到了偏离束腰入射的复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中传输的解析表达式,并且得到了其二阶矩束宽的解析解.通过例子研究了偏离束腰入射的复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中传输性质.结果表明：非(0, m)模的复宗量Laguerre-Gauss光束的光束形状随着传输而发生改变,并以Δz=πz_c为周期做周期性演化.而(0,m)模复宗量Laguerre-Gauss光束在演化过程中则形状保持不变,仅改变光束宽度;不论功率多大,在偏离束腰入射条件下总是表现为呼吸子;只有当其为束腰入射,并且入射功率等于临界功率时才能形成孤子. 关键词： 强非局域非线性 复宗量Laguerre-Gauss光束 二阶矩束宽 空间光孤子     

强非局域介质中椭圆厄米高斯损耗光孤子

用变分法研究了强非局域非线性小损耗介质中椭圆厄米高斯光束的传输特性。得到光束各参量在传输过程中的演化方程和束宽的演化规律,当输入功率等于临界功率时,在传输距离不是很远时,可得到椭圆厄米高斯损耗光孤子。随着传输距离的增大,光束束宽缓慢展宽.当初始输入功率大于或小于临界功率时,光束束宽将会按照准正弦和准余弦函数规律作准周期性展宽。     

椭圆高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性

研究了傍轴椭圆高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性，得到了其各参量的演化方程 及其精确解析解.通过对束宽演化方程及其精确解析解的进一步分析，发现傍轴椭圆高斯光 束在强非局域非线性介质中传输时，两横向方向束宽作周期性变化.不管初始功率为多大， 光束都将周期性的由椭圆高斯光束演化为圆对称高斯光束，再由圆对称高斯光束演化为椭圆 高斯光束；并且在演化的过程中，椭圆的半长轴和半短轴会作周期性交替变化.另外，在一 定初始功率下，傍轴椭圆高斯光束可以保持某一横向方向的束宽不变，得到光孤子. 关键词： 强非局域非线性介质 非局域非线性薛定谔方程 椭圆高斯光束 参量演化方程 空间孤子     

偏离束腰入射对非局域非线性介质中高斯光束演化的影响

从1+1维强非局域模型出发，讨论了偏离束腰入射的高斯光束在非局域非线性介质中的传输 特性，得到了精确的解析解.结果表明，在聚焦介质中偏离束腰入射时，不论入射功率多大 ，光束束宽将发生周期性波动，光孤子不复存在，这与从高斯光束束腰入射的情况有本质的 不同；入射功率决定了光束平均束宽的大小，入射位置决定了光束初始的演化趋势.比较了在入射位置相同的条件下，聚焦介质、散焦介质和线性均匀介质中光束的演化.给出了“空 间啁啾”的定义，偏离束腰入射的物理本质是光束的不同入射位置对应不同的初始空间啁啾 .空间啁啾的概念， 关键词： 非局域非线性介质 空间光孤子 高斯光束     

复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中的传输

研究得到了偏离束腰入射的复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中传输的解析表达式,并且得到了其二阶矩束宽的解析解.通过例子研究了偏离束腰入射的复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中传输性质.结果表明：非(0, m)模的复宗量Laguerre-Gauss光束的光束形状随着传输而发生改变,并以Δz=πz_c为周期做周期性演化.而(0,m)模复宗量Laguerre-Gauss光束在演化过程中则形状保持不变,仅改变光束宽度;不论功率多大,在偏离束腰入射条件下总是表现为呼吸子;只有当其为束腰入射,并且入射功率等于临界功率时才能形成孤子.     

交叉相位引致艾里-厄米-高斯光束在单轴晶体传输时光斑连续转动

按照单轴晶体光束传输理论,求得了具有交叉相位艾里-厄米-高斯光束(AiHGB)在单轴晶体中传输时的解析表达式.数值模拟计算结果表明,具有初始交叉相位的AiHGB在晶体中传输时仍是线偏振的,但不一定是传输不变的.具体地讲,有赖于交叉相位系数、光束参数及晶体材料参数,初始交叉相位会引起AiHGB光斑连续转动,在从近场到远场的整个传输过程中总的转动角是90°.并且交叉相位系数足够大时,AiHGB光斑只有纯转动;而交叉相位系数适当小时,AiHGB光斑除了取向转动还有光斑形状变化.这些结果表明通过恰当选择晶体材料(即折射率)和附加交叉相位因子的系数,可以精准调控光束花样形状的取向与结构,也可用于确定晶体材料折射率或测定交叉相位因子的系数.     

强非局域非线性介质中光束传输的空间光孤子解

利用1+2维Snyder-Mitchell模型讨论了柱坐标系下光束传输过程，得到了强非局域非线性介质中光束稳定传输的拉盖尔高斯型解，即空间光孤子解，并得到了入射光束稳定传输的临界功率.图示展现了几个低阶光孤子解，并发现了强非局域非线性介质中存在圆环形光孤子. 关键词： 强非局域非线性介质 拉盖尔高斯(Laguerre-Gauss)解 高阶空间光孤子     

空间诱导产生艾里-贝塞尔光弹研究

利用波动方程,研究了脉冲贝塞尔光束在自由空间传输时的空间诱导群速度色散(SIGVD)效应. 结果表明,三阶SIGVD能使脉冲贝塞尔光束的时域逐渐演化为艾里分布. 由于艾里-贝塞尔光弹是一种新奇的时、空都不扩展的局域波包, 能在光与物质相互作用的很多应用领域发挥作用.因此,本文提出了 通过色散管理技术补偿二阶SIGVD,利用三阶SIGVD在自由空间产生艾里-贝塞尔光弹的方案. 为分析这种光弹的时空传输特性,数值模拟了它在色散介质中的传输情况. 结果表明,这种光弹能在色散介质中保持空域不衍射、时域不色散的稳定传输.     

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.     

部分相干双曲余弦-高斯光束的传输特性和空间整形

 通过加入高斯项的空间相干度，引入部分相干双曲余弦-高斯（ChG）光束，推导出部分相干ChG光束通过近轴ABCD光学系统传输的解析表达式，并用以研究其传输特性和空间整形。结果表明，部分相干ChG光束的光强分布不能保持传输不变性，其光强分布不仅与传输距离和离心参数有关，而且还与空间相干参数有关。在传输距离固定时，适当改变部分相干ChG 光束的离心参数和空间相干参数，可实现光束的空间整形。光束质量因子随空间相干性的增大和离心参数的减小而减小。高斯-谢尔模型光束和完全相干ChG光束可作为部分相干ChG光束的特例处理。     

傍轴高斯光束在强非局域介质中的传输特性

运用变分法研究了傍轴高斯光束在三维轴对称强非局域介质中的传输特性,得到了光束各参量的演化方程、一个势函数、一个临界功率和一个由强非局域介质特性与初始束宽决定的特征参量ε。通过对势函数的进一步分析,结果表明,作为强非局域模型,必须满足0≤ε<1/3。在此前提下,当初始功率等于临界功率时,可以得到稳定的空间孤子;对于一般情形,束宽则作周期性压缩或展宽变化,也可能将不断展宽。该结果与数值解基本一致。     

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.     

强非局域非线性介质中光束传输的Ince-Gauss解

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的线性模型（Snyder-Mitchell模型）讨论了椭圆坐标系下光束传输过程,通过设立Ince多项式对Gauss函数的调制解得到了强非局域非线性介质中光束稳定传输的Ince-Gauss解.当Ince-Gauss光束的入射功率为临界功率时,光束保持孤子形式传输,否则传输光束的束宽呈现周期性波动,即为呼吸子形式.同时还数值模拟了呼吸子的传输过程.Ince-Gauss光在一定条件下可以连续转换为Hermite-Gauss光或Laguerre-Gauss光,图示展现了几个低阶Ince型光孤子及其转换情况. 关键词： 强非局域非线性介质 Ince-Gauss光 Laguerre-Gauss光 Hermite-Gauss光     

自加速类贝塞尔-厄米-高斯光束的理论和实验研究

空间相位调制一直是设计新型自加速光束的重要方法.参照类贝塞尔光束产生的思路,从理论上提出了一种新型的自加速无衍射类贝塞尔-厄米-高斯光束,并从数值模拟和实验两个方面研究此光束沿不同轨道的演化.理论上通过对厄米-高斯光束进行相位调制,产生了不同模式的自加速类贝塞尔-厄米-高斯光束.采用分步傅里叶算法模拟了(0,1),(1,0),(1,1)和(1,2)阶类贝塞尔-厄米-高斯光束沿预设轨道的传输过程.采用计算全息和空间光调制技术在实验中观察了类贝塞尔-厄米-高斯光束沿预设轨道的传输,例如抛物、双曲、双曲正割和三维轨道.实验观察与理论结果符合得很好.实验验证了不同阶类贝塞尔-厄米-高斯光束的奇特光斑结构,验证了光束的非衍射特性及传输轨道的可控性,且理论模拟验证了光束的自修复特性.作为此前研究的类贝塞尔光束的一般形式,本文所得到的光束可用于构造出更加新型实用的光束.     

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。     

平顶高斯光束在单轴晶体中的传输

基于光束在各向异性单轴介质中的近轴矢量传输理论，对平顶高斯光束在单轴晶体中的传输 作了研究，得到了解析的传输公式. 利用该传输公式可用一种简单的方法研究平顶高斯光束 在单轴晶体中的传输. 研究结果表明，由于晶体的各向异性特性使平顶高斯光束初始的圆对 称性在传输过程中不能保持，并且其偏振状态也随传输而变化. 用数值计算例对晶体内源于 入射平顶高斯光束的寻常光和非常光的场分布以及x和y方向的偏振分量在空间中的演化都作 了详细说明. 关键词： 平顶高斯光束 单轴晶体 各向异性 近轴矢量理论 传输公式     

大气湍流对斜程传输准单色高斯-谢尔光束空间相干性的影响

由湍流大气中斜程传输时准单色高斯-谢尔(GSM)光束互相干函数的解析式导出了该光束的复相干度.然后,利用表征光束空间相干性的横向相干长度,研究了斜程传输时大气湍流对准单色GSM光束空间相干性的影响.研究结果表明：1)当传输路径偏离水平方向较大(即θ≤88°)时,准单色GSM光束横向相干长度随传输距离均为先迅速增加,后缓慢增加,最后基本保持不变.2)当传输路径接近水平方向(即θ≥89°)时,准单色GSM光束横向相干长度随传输距离均为先增大,达到一个最大值后开始下降并持续减小.3) 关键词： 大气光学 空间相干性 高斯-谢尔光束 斜程传输