非线性介质中强光对弱光聚焦的控制研究

从理论和实验上分析了强光控制弱光脉冲聚焦的方法, 该方法可以灵活地控制弱光的聚焦过程和特性. 通过研究两光束共同传输, 利用强抽运光在相互作用时为弱探测光提供诱导非线性效应, 从而使弱探测光发生聚焦. 得到了在抽运光保持不变情况下探测光的解析解, 并在实验上得到验证. 进一步研究了强抽运光对弱探测光焦点位置的影响. 结果显示: 通过改变抽运光功率、束宽能够有效地控制弱探测光的聚焦过程和焦点位置. 关键词： 诱导聚焦 自聚焦 非线性折射率     

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     

大气压等离子体针产生空气均匀放电特性研究

大气压空气放电由于脱离了真空装置,易于实现流水线生产,因而在工业上具有广泛的应用. 采用等离子体针装置在空气中产生了稳定的大气压均匀放电. 利用光谱法对等离子体的相关参数进行了空间分辨率测量,并通过光学方法对放电机理进行了研究. 结果表明,等离子体针产生的放电存在电晕放电和等离子体羽放电两种模式. 在稳定的等离子体羽放电模式中,发光分为强光区和弱光区. 弱光区放电的发展速度远大于强光区的发展速度,电子能量和电子密度均是弱光区比强光区大. 对均匀放电的气体温度和振动温度的研究表明,强光区放电遵循汤生击穿机理而弱光区为流光放电. 这些结果对大气压空气放电的工业应用具有重要意义. 关键词： 大气压均匀放电 等离子体针 发射光谱 放电机理     

非线性光定向耦合器解的简化表达式

本文将非线性定向耦合器在任意输入情况的解进行了简化.在本文解的基础上,非线性光定向耦合器的工作点,即其开关、调制和放大应用(几乎所有应用)的输入条件能很容易地由解析式确定,并在理论上提出了非线性光定向耦合器一个新的应用:一束强光的相位可以由一束弱光的功率加以控制.     

计及声子辅助跃迁的单量子点中的非线性法拉第偏转

利用一束弱线性π偏振探测光在与其平行的磁场作用下所形成的两偏振分量,在半导体单量子点中考虑声子辅助跃迁去构建环形四能级电磁感应透明介质模型.利用多重尺度法,解析研究发现:仅考虑系统的线性效应,随着耦合光强度的增加,介质对探测光的吸收迅速减少,形成透明窗口,并且透明窗口的宽度随之增大;进一步地,在相同的外加磁场下探测光的非线性法拉第偏转方向与线性法拉第偏转相反,且偏转角更大.随着声子辅助跃迁强度的增加,线性和非线性法拉第偏转角都会逐渐变小,并且非线性法拉第偏转角减小的更多.这说明系统中的声子辅助跃迁能有效地调制探测光的法拉第偏转.我们的研究可能对于弱光条件下的光信息处理和传输具有潜在的应用价值.     

电磁感应透明介质中的弱光空间暗孤子环

利用多重尺度方法,解析地研究了Λ型三能级冷原子气及一束较强耦合光组成的电磁感应透明介质体系中的非线性动力学性质.结果表明：一束较弱的探测光能在电磁感应透明介质中形成弱光空间暗孤子,当弱光空间暗孤子沿轴向传播时,它会逐渐演化成一个稳定的弱光空间暗孤子环,这是衍射效应和自散焦效应相互平衡的结果. 关键词： 电磁感应透明 弱光空间暗孤子环 多重尺度方法     

椭圆响应强非局域非线性介质中的二维异步分数傅里叶变换及光束传输特性

研究了椭圆响应强非局域非线性介质中的光束传输问题. 结果表明:任意光束在这类介质中传输时均遵守二维异步分数傅里叶变换的传输规律. 基于二维异步分数傅里叶变换这一数学工具, 可很方便地对光束的传输进行解析求解并分析其性质. 利用二维异步分数傅里叶变换的性质, 讨论了一般光束的传输性质; 分析了孤子和二维异步呼吸子的形成条件; 得出了孤子/呼吸子的相互作用规律. 关键词： 椭圆响应 强非局域非线性 孤子 呼吸子     

四阶色散非线性薛定谔方程的明暗孤立波和怪波的形成机制

本文研究了四阶色散非线性薛定谔方程的明暗孤立波和怪波的形成机制,该模型既可以模拟高速光纤传输系统中超短脉冲的非线性传输和相互作用,又可以描述具有八极与偶极相互作用的一维海森堡铁磁链的非线性自旋激发现象.本文首先通过对四阶色散非线性薛定谔方程的相平面分析,发现由其约化得到的二维平面自治系统具有同宿轨道和异宿轨道,并在相应条件下求得了方程的明孤立波解和暗孤立波解,从而揭示了同异宿轨道和孤立波解的对应关系;其次,基于非零背景平面上的精确一阶呼吸子解,给出了呼吸子的群速度和相速度的显式表达式,进而分析得出呼吸子的速度存在跳跃现象.最后,为了验证在跳跃点处呼吸子可以转化为怪波,将呼吸子解在速度跳跃条件下取极限获得了一阶怪波解,从而证实怪波的产生与呼吸子速度的不连续性有关.     

新型非线性光学材料──有机分子晶体与共轭聚合物晶体

许多光学现象如低强光下的电光效应、光弹效应,高强光下的光混频以及一些光散射效应,都在非线性光学之列.其中二阶非线性光学过程在非线性光学器件、远距离通讯和光混频中有着广泛的应用,因而研究十分活跃.但是,迄今多数研究限于无机绝缘体和半导体,因为人们对无机电介质的介电、压电、铁电性质,以及半导体中的输运现象的研究比较深入,对这些材料的性能比较熟悉. 七十年代以来,有机分子晶体和共轭聚合物晶体的非线性光学性质引起人们极大的兴趣.因为有机材料的二阶非线性光学系数极高(在许多情况下,比最好的无机晶体如KDP和LiNbO3高一个…     

强光照射下的InGaAs二极管内部光生载流子分析(英文)

以InGaAs p-i-n管为例,研究了光电二极管在激光脉冲作用下非线性响应的内部机理特征,计算分析了二极管在强光辐照下内部空间电荷屏蔽效应对器件光电响应特性产生的影响.通过计算耗尽区的电场强度、载流子分布和电子-空穴的漂移速度,发现低偏置电压或强光辐照都会使耗尽区的电场强度下降,载流子的漂移和扩散速度降低到非饱和状态,使光生载流子的复合率下降,大量载流子聚集在耗尽区内,形成了空间电荷屏蔽效应,导致二极管呈非线性响应状态.在5V偏置电压条件下,增加皮秒激光的脉冲能量,光电二极管的光伏电压响应脉宽逐渐展宽,峰值电压呈非线性变化.     

Nonlinear free transverse vibration of an axially moving beam: Comparison of two models

Nonlinear free transverse vibration of an axially moving beam is investigated. A partial-differential equation governing the transverse vibration is derived from the Newton's second law. Under the assumption that the tension of beam can be replaced by the averaged tension over the beam, the partial-differential reduces to a widely used integro-partial-differential equation for nonlinear free transverse vibration. The method of multiple scales is applied directly to two equations to evaluate nonlinear natural frequencies. Numerical examples are presented to demonstrate the analytical results and to highlight the difference between two models. Two models yield the essentially same results for the weak nonlinearity, the small axial speed and the low mode, while the difference between two models increases with the nonlinear term, the axial speed, and the order of mode.     

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     

强非局域非线性介质中的形变像散椭圆呼吸子

得到了强非局域非线性介质中的形变像散椭圆呼吸子的解析解, 并基于解析解讨论了这类呼吸子的演化性质. 在传输过程中光束在两个维度上仍保持高斯的形状, 但束宽与等相位面曲率均做两个维度上不同步的等周期演化. 当光束在两个维度上均为非束腰入射时, 不管功率如何, 光束的汇聚或发散惯性将继续保持一段距离, 继而形成二维异步同周期呼吸效应. 当光束在某方向上为束腰入射时则既可能形成二维异步呼吸, 也可能只有一维呼吸. 束宽的二维异步呼吸还导致了椭球等相位面曲率以及光斑椭圆率的周期性变化. 在二维束腰重合情况下, 椭圆率的最大值和最小值总是固定的且二者之积为1; 入射位置的变化不影响椭圆率最值, 但会影响椭圆率变化速度在一个周期内的分布均匀性和最大椭圆率出现的位置. 关键词： 形变呼吸子 像散 强非局域非线性介质     

Analytic solution of transversal oscillation of quintic non-linear beam with energy balance method and global residue harmonic balance method

Beams are very important element in structures because of its widespread usage in steel construction such as buildings, bridges, aircraft arm, aerospace vehicles and many other industrial usages. To attain a proper design of the beam structures, it is essential to realize how the beam vibrates in its transverse mode which in turn yields the natural frequency of the system. The main objective of present study is to obtain highly accurate analytical solutions for vibrations of a beam with quintic nonlinearity. Two new analytical methods are the improved energy balance method, and the global residue harmonic balance method. Subsequently, the analytical results are compared with the numerical solution of the exact equation in order to evaluate the correctness of the applied approaches.     

Elliptically polarized breather in the nonintegrable problem of laser radiation propagation through an isotropic gyrotropic nonlinear medium

A particular analytical solution to the nonintegrable problem of plane electromagnetic wave propagation through an isotropic gyrotropic nonlinear medium is found in the form of elliptically polarized breather. The intensity ratio for the circularly polarized components of this wave, which remains constant during propagation, can be used to determine the ratio of local and nonlocal nonlinear susceptibilities describing the Kerr nonlinearity and its spatial dispersion.     

Propagation dynamic of a Gaussian in the inverted nonlinear photonic crystals

In this work, we study the evolution of a Gaussian beam inside a one-dimensional inverted nonlinear photonic crystals (INPC) with a Kerr nonlinearity. The INPC is a kind of virtual crystals which is generated by the optical induction via the electromagnetically induced transparency (EIT). The propagation dynamics of the Gaussian with different total power are identified. Four types of propagation behavior are found. They are collapse beam, breather beam, soliton and symmetry-breaking beam, respectively. The border between these four behavior types are given. For symmetry-breaking beam, an asymmetric profile of the beam is evolving from the symmetry Gaussian, which can be termed as a kind of dynamical symmetry breaking (DSB). The influences on the appearance of the symmetry breaking point are studied by varying input parameters of the Gaussian. The results of this work are both suitable in nonlinear optics and Bose-Einstein condensate (BEC).     

Solitonlike beam propagation along light-induced singularity of space charge in fast photorefractive media

We investigate light beam propagation in a fast photorefractive medium placed in an alternating electric ac field to enhance the nonlinear response. It is shown that the joint action of the optical and material nonlinearities leads to formation of a narrow singularity of the light-induced space charge at the intensity maximum and to self-trapping of the light energy near the corresponding discontinuity of the index profile. Owing to the strong saturation of the material nonlinearity, the trapped beam propagates over long distances with only a weak loss of its power.