有限宽平板波导中的克尔空间孤子及全光器件的设计

利用数值模拟的方法研究了倾斜入射的傍轴光束在有限宽非线性平板波导内的传输规律.研究发现，当不同波长相同束宽的光束各以临界功率倾斜入射波导时，如果倾斜角、入射点都一样，它们将沿大致相同的周期性的Z字形路径传输；如果光束功率进一步增大，相邻反射点之间的间距随传输距离有逐渐变大的趋势，Z字形路径不再有严格的周期性；当功率相当大时，光束将沿波导z方向传输，不再在波导的两个边界之间来回反射.利用倾斜入射光束在波导内的传输路径随功率而变的特点，设计了一个功率开关和一个光时分解复用器.     

强非局域正交偏振双厄米高斯光束的传输特性

依据非局域非线性介质中双光束传输时遵循的非局域非线性薛定谔耦合方程,在强非局域情形下,通过把响应函数作泰勒展开近似取到二阶,运用变分法求出了正交偏振、中心重合的双厄米高斯光束在强非局域介质中传输时各参量演化规律和一个临界功率,并运用分步傅里叶算法数值模拟出了束宽和相位的演化规律。当两光束以临界功率入射时,得到了正交偏振、中心重合的双厄米高斯空间光孤子及其大相移演化规律。当两光束以总临界功率入射,但两束光的入射功率不等时,光束可以形成呼吸子,但随着阶数的增加呼吸子将越来越不稳定。对于各阶呼吸子,功率大的束宽都作周期性压缩振荡变化,功率小的束宽都作周期性展宽振荡变化,且两呼吸子中功率大的相移随传输距离增加更快。在厄米高斯光束阶数小于5时,变分解得到的结果与数值解吻合较好。     

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。     

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     

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     

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     

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.     

竞争非局域非线性向列相液晶中亮孤子

针对热效应的非局域程度和分子取向效应的非局域程度不等的情况,利用JUNG P S等提出的模型研究了具有竞争非局域非线性效应的向列相液晶中的亮孤子特性.通过变分法得到光束振幅、宽度、啁啾和位相等参数随传输距离的变化规律,即光束振幅和宽度与入射光的功率息息相关,光束宽度随热非局域程度增加单调递减,随热非线性系数增加单调递增.在此基础上给出和入射光束功率密切相关的势能函数.利用势能函数预言了入射光束功率越大亮孤子宽度越小.通过解变分方程组可得,入射光功率为4或8时,光束宽度均随传输距离周期性震荡.这两个震荡趋势有明显的区别,功率为4时光束传输过程中宽度始终大于或等于初始宽度,功率为8时光束传输过程中宽度始终小于或等于初始宽度.该变化规律与数值仿真结论一致.     

一维光学格子孤子的传输特性及控制研究

利用解析和数值方法研究了在具有横向折射率周期性调制的克尔型非线性介质中光学格子孤子的传输，得到了孤子参数的演化方程以及格子孤子的形成和稳定传输的条件.结果表明：当光束的入射角小于某临界角度时，光束可被类似波导形式的路径俘获而稳定传输，该临界角随折射率调制周期、调制深度的增加而增大，且光束越窄临界值越大.此外，线性空间啁啾虽然对光束传输的中心位置没有任何影响，但会导致光束发散从而破坏格子孤子的形成和稳定传输，对此提出了采用特定功率取值来补偿啁啾作用从而形成格子孤子的方案. 关键词： 光孤子 光学格子 光传输 矩方法     

(1+2)维热非局域介质中的双光束远程相互作用数值模拟研究

从非线性薛定谔方程和热扩散的泊松方程出发, 采用分步傅里叶算法以及多重网格法, 对两束光在(1+2)维热非局域介质中的相互作用规律进行了研究.结果表明, 在传输过程中, 两束光以互相缠绕的方式前进.如果选择适当的入射功率、光束间距和倾斜参量, 两束光的传输轨迹在(X, Y)平面上的投影近似为圆形; 而在保持入射功率和倾斜参量的大小不变的情况下, 如果仅改变光束入射时的间距, 两束光中心的轨迹在(X, Y) 平面上的投影依然近似成圆形. 由于在热非局域介质中存在特殊的非线性折射率形成机制, 所以尽管两束光离边界很远, 但是仍然能够感受到边界的影响; 在输入光整体偏离介质中心或两光束倾斜参量的绝对值不相等时, 它们整体做振荡传输. 关键词： 双光束 热非局域介质 相互作用     

湍流大气中斜程传输光场的相位特性

运用功率谱反演法对斜程传输大气湍流扰动相位屏进行了数值模拟。通过建立激光束初始畸变相位模型,从波前峰谷值和波前功率谱密度函数两个方面,对激光束通过大气湍流后的相位特性进行了研究,重点分析了湍流传输距离和天顶角对激光束波前相位分布的影响。研究结果表明:激光束在湍流大气斜程传输后,其波前相位会发生明显畸变,且空间高频相位较低频相位所占比例明显增加;通过湍流后的波前相位与传输距离及天顶角密切相关,传输距离越长,天顶角越大,相位畸变程度越大,高频相位所占比例越多。     

Evolution of Anomalous Hollow Gaussian Beams in Strongly Nonlocal Nonlinear Media Under the Off-Waist Incident Conditions

We investigate the evolution of anomalous hollow Gaussian beams in strongly nonlocal nonlinear media under the off-waist incident condition. We obtain analytic expressions of the beam propagation, the on-axis intensity, and the beam width and curvature. We perform some numerical simulations to illustrate the propagation properties of anomalous hollow Gaussian beams. The results show that, under the off-waist incident condition, the beam evolution is always periodic, whatever the input power is, being different from that under the on-waist incident condition. We discuss the influences of the input power and the departure distance on the propagation properties and present the physical reasons.     

湍流大气中斜程传输部分相干光的光束扩展

运用维格纳分布函数与广义惠更斯菲涅耳原理,推导出部分相干光束在任意折射率起伏功率谱模型的大气湍流中斜程传输时,其束宽传输的一般解析表达式。在此基础上,以部分相干平顶(PCFT)光束为例,给出了PCFT光束在大气湍流中斜程传输的束宽扩展解析表达式。在合肥地区大气折射率结构常数高度分布模式下开展了数值计算和分析,并与水平传输时的结果进行了比较。研究结果表明,光束在斜程传输时的束宽不仅与光束阶数、空间相干度、束腰半径、湍流的强弱和传输距离有关,还与天顶角密切相关。光束的阶数越高,空间相干性越差,天顶角越小,则其束宽扩展受湍流的影响就越小。当天顶角小于60°时,大气湍流对斜程传输光束束宽的影响明显小于水平传输的情况。     

依据强非局域介质中光孤子相互作用实现全光互联

根据强非局域介质构成的平面介质波导中同频率和同极化的多光束共同传输模型方程,求得了任意斜入射多光束相互作用的精确解析解。基于强非局域介质空间双光孤子的相互作用原理,提出了利用全同孤子作为信号光来实现全光互联,但实现的逻辑也仅仅局限于短距离作用,还对全光开关抑或反相器作了详细叙述,通过实例给出了这类设计的优化方案。     

贝塞尔-高斯脉冲光束在色散介质中的时间和光谱特性

 对等衍射长度贝塞尔-高斯脉冲光束在色散介质中的时间和光谱特性作了研究,结果表明,通过选择适当的空间参数,贝塞尔-高斯脉冲光束沿轴上传输时,脉冲宽度不变。传输距离小于无衍射长度时,随衍射角增加,功率谱形状未变,脉冲波形保持不变;传输距离大于无衍射长度时,随衍射角增加,光谱由蓝移变为红移,脉冲展宽。     

平顶高斯光束和超高斯光束传输特性的相似性

 在直角坐标系下对平顶高斯光束和超高斯光束的传输特性的相似性问题作了讨论。研究表明,当有相同的M²因子但束宽不同的平顶高斯光束和超高斯光束通过光阑效应可忽略ABCD光学系统传输时,在广义菲涅尔数F相等处有相似的光强分布。对于有光阑和用球差透镜聚焦的情况,若平顶高斯光束和超高斯光束具有相同的M²因子和束腰宽度,则在相同传输距离处仍可得到相似的光强分布。     

The optical properties of planar waveguides in LiB3O5 crystals formed by Cu implantation

A planar optical waveguide has been formed in a LiB₃O₅ crystal using 6.0 MeV Cu⁺-ions with a dose of 1 × 10¹⁵ ions/cm² at room temperature. Possible propagating modes were measured at a wavelength of 633 nm using the prism-coupling method. The refractive index profiles of the waveguide were reconstructed by an effective refractive index method and the beam propagation method was used to investigate the properties of the propagation modes in the formed waveguide. The results suggest that the fundamental TE₀ and TM₀ modes may be well-confined and propagate a longer distance inside the waveguide. The implantation process was also simulated using the transport of ions in matter code (TRIM), which indicates that the nuclear energy deposition may be the main factor for the refractive index change.     

非均匀部分相干光束在自由空间中的传输

本文介绍了非均匀部分相干光束的概念, 并用数值模拟的方法详细研究了其在自由空间传输后的变化. 研究结果表明, 经过自由空间传输后非均匀部分相干光束会发生不同于传统相干模型光束的显著变化. 这种变化和光束传输距离、光源空间相干度分布、光源光强分布密切相关. 经过传输后, 源平面自相干附近点的空间相干度发生突变, 在短距离传输过程中源平面高相干区域的空间相干度会降低, 接收面各点的空间相干曲线不再相同, 随着传输距离增加, 非均匀空间相干度会逐渐趋于均匀.