新型光格子中空間光孤子的傳輸特性研究.pdf

1、孤子是一種在傳播過程中形狀、幅度和速度都維持不變的脈沖狀行波。由于孤子具有這種特殊性質(zhì)，因而它在等離子物理學(xué)、高能電磁學(xué)、流體力學(xué)和非線性光學(xué)中受到了廣泛的關(guān)注。光孤子通信被公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的通信方案之一，它采用超長距離、超高碼速的光纖通信系統(tǒng)，使用光纖放大器補償損耗、利用高階孤子實現(xiàn)通信的擴(kuò)容等技術(shù)，大大提高了通信的速度、容量和質(zhì)量。另外，光孤子開關(guān)技術(shù)也是當(dāng)前的研究熱點之一。由于它采用光孤子脈沖作輸入信號的全光開關(guān)，具有開關(guān)速度

2、快、開關(guān)轉(zhuǎn)換率高以及選擇性能好等優(yōu)點，因此也引起了廣泛的關(guān)注。
　　本文主要以非線性薛定諤方程為模型，對一種新型的自聚焦的克爾型非線性的的光格子中的空間孤子的傳輸及控制特性進(jìn)行了詳細(xì)地研究。該光格子有均勻的橫向折射率調(diào)制和周期性遞增與遞減交替變化的縱向折射率調(diào)制。文中采用了數(shù)值的方法，分別對該新型光格子中光孤子的導(dǎo)向及控制、偶極孤子的捕獲及穩(wěn)定傳輸以及具有陡峭的格子勢壘的光格子系統(tǒng)中光孤子的隧穿特性等做了具體地討論。研究結(jié)果為實現(xiàn)

3、孤子導(dǎo)向、控制和傳輸提供了一定的理論依據(jù)，為基于光信號的全光控制和全光開關(guān)的研究提供了一定的理論基礎(chǔ)，為在光誘導(dǎo)的周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中實際光器件的應(yīng)用提供了更多的可能性。
　　本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)以描述光束在橫向和縱向均有線性折射率的周期性調(diào)制的自聚焦克爾型非線性介質(zhì)中傳播的非線性薛定諤方程為模型，運用數(shù)值的方法討論了空間光孤子在一種新型的光格子中的傳輸及導(dǎo)向特性。該光格子具有在傳播方向上周期性漸增和漸減交替地變化的

4、折射率調(diào)制。結(jié)果表明，通過合理設(shè)計諸如格子深度、橫向調(diào)制頻率和縱向調(diào)制周期等格子參數(shù)以及適當(dāng)調(diào)節(jié)初始輸入光束的參數(shù)，可以很好地實現(xiàn)孤子導(dǎo)向。這對孤子在光格子中的控制研究是有益的。
　　(2)運用數(shù)值的方法研究了偶極孤子在同(1)所述的光格子中的捕獲及穩(wěn)定傳輸特性，通過理論分析并用數(shù)值模擬的方法，證明了在傳播方向上周期性漸增和漸減交替地變化的折射率調(diào)制的光格子中存在穩(wěn)定的偶極孤子。結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)格子和孤子參數(shù)，使得作用在偶極孤子

5、上的格子勢所產(chǎn)生的吸引力恰好與孤子兩極間的排斥力平衡時，偶極孤子可以被穩(wěn)定地囚禁在格子中并向前傳輸。這對未來的全光信息處理和諸如孤子邏輯門和光開關(guān)等全光器件的實際應(yīng)用有一定的理論指導(dǎo)意義。
　　(3)數(shù)值研究了一個非線性格子勢壘中空間孤子的隧穿問題。大量的數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，入射光束的位置強(qiáng)烈地影響著空間光孤子的隧穿特性，具體表現(xiàn)為孤子通過該勢壘時會發(fā)生壓縮和分裂等現(xiàn)象。此外，光格子的橫向調(diào)制頻率和入射光束的強(qiáng)度也對孤子隧穿有著重要的影