Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响进行了理论分析和数值模拟。结果表明,与Compton散射前的情况相比,Compton散射使低温低频处光子禁带中存在缺陷模的明显度降低,缺陷模频率增大,缺陷模和透射率峰值减小;使高温高频处缺陷模和透射率峰值、缺陷模频率显著增大,禁带宽减小,缺陷模位置向高频方向移动。随着电子密度的增大,散射减小了禁带增大效应和缺陷模减小效应,增强了缺陷模频率增大效应;随着电子密度的降低,散射增强了禁带变窄效应、缺陷模峰值增大效应和缺陷模频率减小效应。利用Compton散射,可实现对缺陷模密温特性的有效控制。     

高斯光束经表面有缺陷的厚非线性介质的传输特性

光学元件上存在的缺陷会对传输光束产生局域振幅和位相调制. 基于衍射理论模型和分步傅里叶算法,模拟分析了高斯光束经过表面有缺陷的非线性介质的传输过程中于介质内及从介质出射后在自由空气的传输特性, 并详细研究了在厚介质前表面有缺陷的情况下,介质中和自由空气中的光强分布演化规律. 研究表明,介质厚度越长、介质的非线性折射率越大,光束整体聚焦越厉害, 聚焦点离介质后表面越近.光束受调制点的位置离中心越近,光束分裂成丝产生的局部光强越大, 且介质表面存在缺陷将使通过的光束在介质后表面处产生一个很大的光强, 相位调制型缺陷产生的这一光强点比振幅调制型缺陷产生的光强点更强.     

光折变表面波诱导的薄层波导中的导波模式

利用数值模拟对扩散非线性机制下由光折变表面波诱导的薄层波导中导模的形成和特点进行了研究。采用分布傅里叶法对导模的传输特性进行了模拟。通过求解本征方程,对光折变表面波诱导的薄层波导中存在的导波模式进行了数值求解。通过调节传播常数和波导参数的方法,可以控制导模的阶数和传播波形。随着阶数的增加,导模轮廓的对称性越来越差;随着波导参数的增加,导模的峰值振幅单调递增。导模的能量主要聚集在晶体薄层波导中靠近-c轴的一侧,随着传播常数的增大,导模能量先减小后增大,且导模可以稳定传播。     

非线性介质表面缺陷对激光光场的调制

以高斯光束为例,研究了非线性介质表面振幅调制型缺陷对光场的调制。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分并采用泰勒级数展开方法,建立了高斯光束经过表面存在缺陷的非线性介质后的传输模型,得到了受缺陷调制光束经非线性介质后的光强分布解析式,研究了缺陷尺寸和光束在非线性介质中产生的附加相移大小对光强分布的影响,结果表明介质表面的缺陷尺寸越大,介质内产生的附加相移越大,光场受到的调制越严重。分别考虑了非线性折射率为正值和为负值的情况,研究发现相应的折射率值导致光束发生会聚或发散现象,并由于缺陷调制的作用,在光束传输过程中始终存在一光强极值点,且随着附加相移绝对值的增大光强极值点的峰值也随之增强。     

半无限体内双圆柱亚表面热波散射问题的研究

本文基于非傅里叶导热定律,采用波函数展开法,研究了含双圆柱缺陷非透明半无限体中热传播问题,给出了基于热传导波动模型的热波散射问题的一般解．温度波由调制光束在材料表面激发,缺陷表面的边界条件为绝热,分析了各物理参数对温度分布的影响,特别是热波波长对温度变化的影响,并给出了温度变化的数值结果。     

一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n22、n11(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n22,n11大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.     

(2+1)维光学孤子在饱和非线性介质中的模式特征

从非线性Schrdinger方程出发,应用数学解析的方法,详细讨论了在饱和非线性介质中(2+1)维空间光学孤子存在满足物理意义的自洽解的条件,给出数值计算所需要的边界条件。通过数值计算,给出了基模和一阶模在某一组参数下的部分模式的光场慢变包络、光强度的二维和三维分布的直观图形,以及相应能量(无量纲)。结果表明,孤子的存在不是任意的,而是依赖于一定的能量。当光脉冲能量不足以支持孤子的存在时,其解呈振荡形式,说明不存在孤子解。同时还给出介质的饱和参数、孤子在传播方向上的波矢k对孤子模式的影响等有意义的结论。     

微小层片型缺陷的超声非线性区域检测技术*

针对微小层片型缺陷的超声检测效率低、检测能力弱、易受主客观因素干扰的问题,提出弹簧扁钢中微小层片型缺陷的非线性超声区域检测技术。首先,优化探头夹持装置并提出区域检测方法,提取稳定可靠的检测信号;其次,提出相对非线性系数均值及波动系数表征缺陷分布;最后,基于斯皮尔曼次序相关系数分析扁钢各类缺陷与非线性超声系数均值的相关性。研究结果显示:两种非线性超声特征参数中的波动系数具有更高的缺陷敏感度,可表征扁钢中缺陷分布;波动系数与扁钢中微小层片型缺陷的相关系数比与体积型缺陷的相关性系数大得多,特别适用于微小层片型缺陷的检测。     

用转移矩阵法研究LNN型非线性平面光波导

用转移矩阵法数值分析了芯区和衬底为非线性介质、覆盖层为线性介质结构平面光波导的传播特性,包括TM的模场分布和功率与有效折射率之间关系的分析.解析地表达了模式本征方程和功率分布,对非线性介质中电场强度与介质非线性系数的关系进行了研究.计算结果表明,TM的模场分布和功率与有效折射率及介质的非线性系数有关.     

ν↓型三能级原子系统中Raman跃迁增强的Kerr非线性效应

在理论上研究了ν↓型三能级原子系统Raman跃迁中的线性和非线性极化率．研究表明：Raman跃迁中，如果原子完全被抽运到与控制光作用的基态时，将导致介质对探针光的线性极化率为零，而三阶非线性极化率不为零．通过减小原子两基态间的无辐射衰减速率γ12，可以极大地增强交叉Kerr非线性效应．     

一维光子晶体缺陷模的偏振特性研究

利用周期结构的布洛赫定理推导了一维无限光子晶体缺陷模方程,研究了缺陷模的偏振特性,以及在不同入射角和缺陷层厚度下缺陷模位置的变化.利用传输矩阵方法对有限周期数光子晶体也进行了研究,分别对应一维无限光子晶体和有限周期数光子晶体给出了数值计算结果.通过比较这两者的数值结果得出了缺陷模随入射角和缺陷层厚度变化的一般规律.     

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.     

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。     

一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n₂₂、n₁₁(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n₂₂,n₁₁大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.     

三元1维含缺陷层光子晶体带隙结构

利用传输矩阵法研究了含缺陷三元1维光子晶体的带隙结构,并通过数值模拟分析了光子晶体缺陷层厚度的变化对带隙结构产生的影响。结果表明:含缺陷对称分布的三元1维光子晶体,缺陷层厚度对禁带的带宽影响不大;在较宽的禁带中存在一个很窄的透射峰,该透射峰随着缺陷厚度的增加而红移。在一定的范围内,给出了该透射峰波长随缺陷厚度变化的非线性函数关系,在此基础上对禁带中该透射峰的半峰全宽做了计算,给出了半峰全宽随缺陷厚度变化的关系图。     

二维、三维无限深环形势阱中波函数的求解与可视化

利用分离变量法对二维以及三维无限深环形势阱的薛定谔方程求解，径向方向波函数的本征值由贝塞尔函数的交叉乘积组合零点确定.对于三维的情况，可以求得基态波函数的解析解，而激发态的波函数则由数值方法给出其径向的概率密度分布.对于二维的无限深环形势阱，基态以及激发态的径向概率密度分布均通过数值方法给出.     

光子晶格中光束演化的二能级模型及非线性Landau-Zener隧穿

推导了光束在Kerr介质、屏蔽介质及光伏介质的一维光子晶格中演化的二能级形式,给出了光束在这三种光折变介质中传播时二能级系统的经典哈密顿形式.以屏蔽介质为例,做出了空间相图,当非线性参数变化时,空间相图的拓扑改变.给出了空间相图的拓扑发生改变时,非线性参数的临界值.数值研究了非线性Landau-Zener（LZ）隧穿,得到非线性参数与LZ隧穿率的关系,发现非线性参数大于0时增强了隧穿,而非线性参数小于0时抑制了隧穿. 关键词： 二能级模型 光折变介质 光子晶格 非线性Landau-Zener隧穿     

有限维Hilbert空间Roy型奇偶非线性相干态的振幅平方压缩

构造出了有限维Hilbert空间Roy型奇偶非线性相干态, 讨论了它们的正交归一完备性和振幅平方压缩效应. 研究表明, 在此空间中Roy型奇偶非线性相干态是归一完备的, 但不具有正交性; 当复参数相位角θ满足一定条件时它们存在振幅平方压缩效应, 同时导出了压缩条件与参数s,r以及函数f(n)之间的关系. 最后借助于数值计算, 发现对于5维(或7维)Hilbert空间中Roy型偶(或奇)非线性相干态, 当参数θ和Lamb-Dike参数η取某一给定值时, 在参数r变化的不同取值范围内, 它们均可以呈现振幅平方 关键词： 有限维Hilbert空间 Roy型非线性相干态 奇偶非线性相干态 振幅平方压缩     

高功率激光系统中随机分布缺陷产生的"热像"

基于"热像"的衍射理论模型,并利用空间频谱的传输矩阵,理论分析了位置和尺寸均随机分布的缺陷在高功率激光系统中产生"热像"的机理,作为理论分析结果的对比验证,数值模拟了高功率激光束受到这种随机分布缺陷调制后所形成"热像"的演化规律,进而从统计平均的角度讨论了"热像"强度的变化趋势与缺陷分布数目和尺寸范围之间的关系. 结果表明,当缺陷的尺寸接近某个特定值时,受其调制的光束会形成强度最大的"热像"点,且"热像"所在平面强度极大值点的横向位置与光学元件表面的缺陷横向分布相对应;在一定范围内,"热像"的强度最大值随 关键词： 热像 随机分布缺陷 高功率激光 非线性介质     

用同步调制方法降低偏振模色散影响的理论研究

本文利用分布Fourier变换求解在双折射光纤中的耦合非线性薛定谔方程,数值计算了在20Gb/s的光孤子通信系统中偏振模色散(PMD)的影响.通过数值计算发现用同步调制的方法可以有效的降低偏振模色散对系统的影响.