光學(xué)空間孤子及其應(yīng)用研究.pdf

1、光束在非線性介質(zhì)中傳播時(shí)，如果非線性效應(yīng)恰好能和衍射效應(yīng)相平衡，光束在傳播過(guò)程中保持形狀不變，那么這一光束就稱為光學(xué)空間孤子。由于光學(xué)空間孤子在全光開(kāi)關(guān)、光波導(dǎo)、光計(jì)算等方面有重要的應(yīng)用價(jià)值，目前它已成為非線性光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本論文從理論上系統(tǒng)地研究了傍軸及非傍軸近似條件下數(shù)種非線性介質(zhì)中光學(xué)空間孤子，對(duì)有關(guān)一些應(yīng)用也進(jìn)行了研究。 論文證明了在折射率改變?yōu)檎墓夥w中可以形成灰孤子。研究表明，灰孤子寬度、橫向總相移、橫

2、向運(yùn)動(dòng)速度以及孤子穩(wěn)定性強(qiáng)烈依賴于光束灰度、光強(qiáng)振幅、信號(hào)光與背景光的有效Glass系數(shù)之比R等參數(shù)。另外，論文還對(duì)光伏晶體中的非相干耦合灰孤子族及相關(guān)特性進(jìn)行了研究。 論文詳細(xì)地研究了雙光子異構(gòu)聚合物灰孤子及其穩(wěn)定性。結(jié)果表明，灰孤子能在這種非線性介質(zhì)中存在：在某些參數(shù)范圍內(nèi)，此類孤子的總相位變化可以超過(guò)萬(wàn)，這就是所謂的“比黑孤子還要暗的孤子”。這些灰孤子只有在高光強(qiáng)且橫向速度較小時(shí)才有可能變得不穩(wěn)定。據(jù)我們所知，這是關(guān)于雙光

3、子異構(gòu)聚合物孤子的首例報(bào)導(dǎo)。 各種光學(xué)空間孤子存在著諸多共性，因此可以將光學(xué)空間孤子的理論推廣到一般的情況。基于這一點(diǎn)，本論文提出了一套一維穩(wěn)態(tài)條件下寬光束的調(diào)制不穩(wěn)定性和光學(xué)空間孤子的普遍理論。通過(guò)寬光束調(diào)制不穩(wěn)定性的一般理論，可以很方便地計(jì)算出寬光束在任意非線性介質(zhì)中的調(diào)制不穩(wěn)定性。而通過(guò)光學(xué)空間孤子一般理論，可以知道在給定的非線性介質(zhì)中能形成何種光學(xué)空間孤子(亮、暗還是灰孤子)。我們明確地指出亮、暗、灰孤子的形成條件不是依

4、賴于折射率改變的正負(fù)，而是依賴于折射率改變隨光強(qiáng)的變化趨勢(shì)。前面的這些研究都是基于傍軸近似下的理論。當(dāng)光束聚焦到亞波長(zhǎng)大小甚至更小時(shí)，非傍軸效應(yīng)的貢獻(xiàn)就顯得十分重要。本論文研究了非傍軸線偏振孤子及其相互作用。數(shù)值模擬表明，臨近的光束兩兩反相時(shí)，光束總是表現(xiàn)為互相排斥，而當(dāng)光束互為同相時(shí)，它們首先互相吸引甚至發(fā)生融合，但經(jīng)過(guò)一段傳播距離后，隨著它們本身的相位差發(fā)生變化，相互作用行為變得非常復(fù)雜。接著，論文又研究了圓偏振及軸向偏振光學(xué)空間孤