宇称-时间对称Scarff势中基态孤子的传输特性研究

为了研究宇称-时间对称(parity-time)对称,简称PT对称, Scarff复合势中基态孤子的传输特性,采用了有限差分法数值求解了PT对称Scarff复合势中的线性情况,自聚焦和自散焦非线性情形。数值得到了线性情况下不同势深度中的PT对称破坏点、特征值和特征函数。也得到了非线性情况下自聚焦与自散焦介质中的基态孤子的传输特性。研究结果表明:基态线性模的本征值恰好等于相同调制深度的基态孤子存在时的临界传播常数,基态孤子能稳定存在于整个自散焦煤质和自聚焦煤质中的低能区域。PT对称Scarff复合势的这些特性在光开关领域有一定的应用前景。     

局域单PT对称势中多级孤子的传输特性研究

具有Parity-Time(PT)对称性的光学系统是近年提出的一种新型光学结构,在光开关、光子信息处理器件等方面具有潜在的应用。研究了局域单PT对称光学系统中双级孤子和三级孤子的存在范围与稳定特性。研究结果表明:多级孤子存在一临界传播常数,传播常数对应了线性模下的本征值。双级孤子和三级孤子仅能在较深的PT对称势中才能稳定地传输。多级孤子的稳定性的范围随着PT对称势的深度增加而扩大;孤子的能量随着传播常数的增大而增加,但随着PT对称势的调制深度的增加而减少。     

竞争非局域三次五次非线性介质畔孤子的传输特性

研宄空间光孤子在一维竞争非局域三次五次非线性介质中的新解和传输特性.发现亮孤子在竞争非局域三次自散焦和五次自聚焦非线性介质中存在不稳定区间.在一般非局域程度下,对于不同的三次非线性效应,同相位复合两孤子间表现为吸引或排斥的相互作用,并讨论了折射率的变化.在竞争非局域.三次自聚焦和五次自散焦非线性介质中给出了二极、三极和四极孤子能稳定传播的条件,研究发现更高极孤子的传播是不稳定的.还研究了孤子功率与传播常数以及非局域程度的关系.     

非局域高次非线性介质中的多极暗孤子

研究一维非局域三-五次非线性模型下,暗孤子和多极暗孤子的新解和传输特性.发现非局域程度和非线性参量变化对暗孤子的峰值和束宽产生影响,并且在特定的竞争非局域非线性参数下存在稳定基态暗孤子和多极暗孤子的束缚态.另外,讨论了在局域自聚焦三次和非局域自散焦五次非线性介质中暗孤子和两极暗孤子的传输特性,发现孤子比在自散焦三次和自聚焦五次的非线性介质中传输更加稳定.进一步研究了单暗孤子和三极暗孤子的功率与传播常数和非局域程度的关系,并讨论了不同类型暗孤子的线性稳定性问题.     

超常介质中精确的亮暗类孤子的传输特性

基于超常介质中超短脉冲传输的非线性薛定谔方程,解析得到了两种精确的亮、暗类孤子解,并详细讨论了在超常介质中该亮、暗类孤子的存在条件和传输特性.结果发现,在自散焦超常介质的正、负折射区域,该类亮孤子可以存在于反常色散区,这与常规介质中亮孤子存在于自散焦介质中的正常色散区不同;而在自聚焦超常介质的反常色散区,该类暗孤子可以存在于正、负折射率区,在自散焦超常介质的反常色散区,该类暗孤子仅存在于负折射区间.此外,我们数值研究了该类亮、暗孤子的存在条件不能严格满足时的传输稳定性,结果显示,在一定的归一化频率区间,该类亮、暗孤子都能够较稳定地传输.     

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。     

线性聚焦和线性散焦效应对空间光孤子间相互作用的影响

考虑非均匀一维自聚焦介质的横向不均匀性,利用非线性薛定谔方程满足的守恒律给出了相邻空间孤子间隔的解析式,并对空间孤子之间的相互作用进行了数值模拟.结果表明,线形聚焦效应增强了空间孤子之间的相互作用;而线形散焦效应减弱了空间孤子之间的相互作用.当不考虑介质横向不均匀时,空间孤子之间发生周期性的碰撞.线性散焦效应使相邻空间孤子之间的间隔随传输距离发生周期性的变化,但孤子之间并不发生碰撞.线性聚焦效应使相邻空间孤子随传输距离发生周期性的碰撞,线性聚焦效应具有压制损耗使相邻空间孤子间隔变大的作用.     

金属和自散焦周期性介质界面表面间隙孤子的研究

研究了金属和自散焦周期性介质界面表面间隙孤子的形成及其稳定性.这种表面间隙孤子只存在于超过格子深度临界值的有限间隙内,在第一间隙和第二间隙内间隙孤子存在区域包括稳定区域和不稳定区域,第二间隙内格子深度的临界值远大于第一间隙内格子深度的临界值.在第一间隙内,对给定的格子深度,当传播常数增大时,表面间隙孤子的能流变小,格子区域内表面间隙孤子振荡拖尾变短.对给定的传播常数,表面间隙孤子的能流随格子深度的增加而增大,增大格子深度能把表面间隙孤子由不稳定态转为稳定态.不稳定表面间隙孤子在传输中向横轴正向偏转,偏转角度随格子深度的增加而变小,其主瓣传播轨迹是一条锯齿形曲线.在第二间隙内,表面间隙孤子有较多的拖尾振荡,不稳定区域靠近存在区域的上限,并且随着传播常数增加而逐渐减小.     

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     

横向非周期调制的五次非线性薛定谔方程的精确孤子解

本文首先应用Adomian分解法给出了横向非周期调制的五次非线性薛定谔方程的精确孤子解,并将其同数值结果进行了比较,它们吻合得很好.进而针对不同介质的传播常数k研究了精确解的线性稳定性和非线性稳定性,k＜1.724时孤子解不稳定,1.724≤k＜2.264时其具有非线性稳定性,但是不具有线性稳定性;k≥2.264时孤子解既是非线性稳定的,也是线性稳定的.     

LN晶体自散焦到自聚焦转换的耦合理论分析

对铌酸锂晶体进行了三阶非线性折射系数测量的Z扫描实验和光折变非线性系数测量的时间扫描实验。为了分析时间分辨扫描曲线的特点，基于非线性介质中光折变非线性与三阶非线性光学效应的耦合作用，引入非线性折射率随时间变化的表达式，分析了空间亮孤子的形成过程，进而揭示了其在一定条件下从自散焦到自聚焦转换的动态行为的物理机制,得到了与实验现象相一致的结论，并说明了自聚焦光折变晶体中可能存在稳定的暗空间孤子。     

强非局域克尔介质中光束传输的变分问题

 在非局域克尔介质中,光束的演化规律服从非局域非线性薛定谔方程。用变分法对此问题进行了重新表述。在强非局域的情况下,通过对介质响应函数进行泰勒展开,可以解析地表示变分问题。束宽的演化规律也可以定性地从光束束宽变分势得出。运用瑞利-里兹方法求解其变分方程,分别求出光束在自散焦和自聚焦介质中的变分解。对于自聚焦介质,当输入功率为某一特定值时,可以得到空间孤子,其束宽在传输过程中保持不变。通过与其他方法得到的解比较表明,变分法是解析讨论光束在非局域非线性介质中演化规律的方法之一。     

二维PT对称晶格势中的多极光孤子

基于改进的平方算符方法和傅里叶配点法,研究了二维宇称-时间(PT)对称的三角-高斯晶格势中二极、三极和四极光孤子的传输特性。结果表明:三极孤子的光场分布随参数变化而变化,不存在稳定的三极孤子;二极、四极孤子的功率随传播常数的增大而增大,随调制深度的增大而减小;孤子稳定性决定于晶格的调制深度和传播系数,对于给定的调制深度,孤子存在一个稳定性范围;当调制深度增加时,二极孤子的稳定性范围先减小后增大,而四极孤子则先呈波浪式增大后减小。     

Kerr非线性对一维光子晶体能带的影响

研究Kerr非线性对一维光子晶体的能带的影响.光子晶体中加入Kerr非线性材料后，光子晶 体的带边可随局部光强调制.由于带边随光强变化，线性光量子阱中的电磁本征模将进入线 性带隙的频率范围而形成孤子类电磁模.由于非线性的作用，带隙中有许多新的孤子模出现. 关键词： 光子晶体 Kerr非线性 带隙孤子     

一维Kerr非线性光子晶体中的场分布

研究具有Kerr非线性的一维光子晶体中场的分布.计算光子晶体中加入Kerr非线性材料后,入射光强对光子晶体中场分布极大值位置的调制,发现随着光强的增加,峰值位置向入射端移动.同时,由于非线性的作用,随着光强的变化,线性光量子阱中的电磁本征模将进入线性带隙,带隙中将出现没有线性本征模对应项的新孤子类电磁模.     

耦合饱和非线性薛定谔方程的多极矢量孤子

本文构造了耦合自散焦饱和非线性薛定谔方程,通过改变势函数参数再利用功率守恒的平方算符法,得到偶极-偶极、三极-偶极以及偶极-三极矢量孤子解.随着孤子功率的增大,这3类矢量孤子均能存在,它们的存在性明显受到势函数的调制.本文给出了3类矢量孤子由势函数调制的存在区域.3类矢量孤子的稳定区域受每个分量的孤子功率调制.随着两分量孤子功率的增大,3类矢量孤子的稳定域均逐渐扩大.当饱和非线性强度增大时,三极-偶极和偶极-三极矢量孤子由稳定状态到不稳定状态临界点对应的孤子功率值逐渐降低.而偶极-偶极矢量孤子由稳定状态到不稳定状态临界点对应的孤子功率值并不会因为饱和非线性强度增大而变化.     

高斯势垒/阱作用下非局域矢量光孤子 的传输特性

非局域非线性介质中高斯势垒或势阱作用下矢量光孤子的传输特性,由具有高斯型线性势的耦合非局域非线性薛定谔方程描述,通过平方算子法对方程进行数值计算,并利用分步法仿真矢量光孤子的传输.在非局域非线性大块介质中,异相位矢量孤子的分量总是自发地分离,高斯势垒可以抑制分量间的排斥作用;同相位矢量孤子的分量则总是自发地融合,高斯势阱可以抑制分量间的吸引作用.通过定量分析势垒高度(或势阱深度)或宽度与矢量孤子两个分量在归一化传输距离为500处的间距之间的关系,发现如果势垒(或势阱)的高度(或深度)及宽度太大或太小,高斯线性势都不能抑制这一过程,甚至会恶化矢量光孤子的传输.对于异相位孤子,最有效抑制分量分离过程的高斯势垒设置是高度为1.10,宽度为1.00;对于同相位孤子,最有效抑制分量融合过程的高斯势阱应设置是深度为-1.50,宽度为1.00.研究结果可为全光开关、光逻辑门、光计算等光控光技术提供参考.     

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。     

Kerr非线性介质中聚焦像散高斯光束的传输特性

当高功率激光通过Kerr非线性介质传输时,Kerr效应会严重影响激光的传输特性.实际应用中常遇到像散光束.迄今为止,像散光束传输特性的研究大都局限于在线性介质中的传输,而在非线性介质中传输的研究较少,且还未涉及像散激光束通过含光学系统的Kerr非线性介质传输变换的研究.本文主要研究Kerr效应对聚焦光束像散特性和焦移特性的影响,以及聚焦像散高斯光束的自聚焦焦距和光束焦点调控.在光束扩展情况下,推导出了聚焦像散高斯光束在Kerr非线性介质中传输的束宽、束腰位置和焦移的解析公式,研究表明:在自聚焦介质中,随着自聚焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越强,但焦移越小;在自散焦介质中,随着自散焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越弱,但焦移越大.另一方面,在光束自聚焦情况下,推导出了自聚焦焦距的解析公式,研究表明利用光束像散可以调控光束焦点个数.     

非宇称时间对称耦合器中的非局域孤子

研究了非宇称时间对称复数势下非线性耦合器中多类型非局域孤子的存在性和稳定性,发现基态孤子、偶极孤子、多极孤子分别从线性谱中不同的离散特征值分叉出来形成孤子族,其功率受非局域程度和传播常数的影响.在相变以下,各个类型孤子均在相对较低功率区间是稳定的.随着非局域程度的增加,基态孤子族的稳定区域变小,其他孤子族的稳定区域则变大.在相变以上,基态孤子则在相对中功率区是稳定的,并且从第二大离散特征值分叉出的偶极孤子不存在稳定区域.孤子线性稳定性分析结果中的特征值总是以共轭对的形式出现.此外,还研究了耦合系数对孤子态的影响.