中心对称光折变晶体中空间光孤子的理论研究

【摘要】：由于光折变空间孤子在很低的入射光强下即可产生,以及潜在的应用价值,从最初理论预言和实验报道以来一直是非线性光学领域的一个研究热点。目前,对光折变空间光孤子的研究主要集中在非中心对称光折变晶体中,人们已经在该种晶体中相继理论预测和实验报道了多种不同类型的空间孤子。本文将对中心对称光折变晶体中空间孤子现象进行全面系统的研究。 分别用数值模拟方法和微扰法研究了单光子中心对称光折变晶体中扩散场对亮空间孤子传播的影响。在扩散效应的作用下,亮空间孤子沿着外加电场的反方向发生了自偏转效应,孤子的中心轨迹是一条抛物线,偏转量与外加电场的三次方成正比。讨论了晶体的温度对中心对称光折变晶体中亮孤子的形状及由扩散效应引起的自偏转效应的影响。温度影响因素有三个,分别是扩散效应、暗辐射强度和相对介电常数,其中相对介电常数的影响处于主导地位。 理论研究了中心对称光折变晶体中空间光孤子的时间行为,给出了中心对称光折变晶体中随时间变化的空间光孤子演化方程,讨论了亮暗空间孤子的时间行为。对于高入射能量饱和值,亮孤子的演化过程存在准稳态孤子和稳态孤子两种状态,当入射光强较低时,不存在准稳态。对于任意的入射光强,暗空间孤子的宽度均随时间单调的减小至最小值,直至稳态暗孤子的形成。 对在中心对称光折变晶体中两束偏振方向和波长都相同的非相干高斯光束的传播行为进行了研究。理论证明了二次电光系数为正值的中心对称光折变晶体可以支持稳定的高斯型亮-亮非相干孤子对,讨论了这些孤子对的性质。 研究了中心对称光折变哈密顿系统和耗散系统中全息孤子形成的条件及其特征。在中心对称光折变哈密顿系统中,两束光可以同时演化为暗或亮空间孤子。理论预言了,信号光可以在同一种中心对称光折变耗散系统中,形成暗或亮全息孤子。 由Castro–Camus双光子模型出发,推导出了基于双光子光折变效应的外加电场作用下的中心对称光折变晶体中一维稳态屏蔽空间光孤子的演化方程,理论预言了亮暗屏蔽孤子态,用微扰法研究了扩散场引起的亮孤子的自偏转效应。此外,理论预言了双光子中心对称光折变晶体中可以形成非相干亮、暗孤子族以及亮暗混合孤子族;对于只含有两束非相干光束耦合的情况,当两束光的总能量远低于暗辐射强度时,双光子中心对称光折变晶体中可以形成暗–暗,亮–亮和亮–暗Manakov孤子对。 理论研究了中心对称光折变晶体中宽光束的调制不稳定性。给出单光子中心对称光折变晶体中宽光束的全局调制不稳定增长率和局域调制不稳定增长率,以及双光子中心对称光折变晶体中宽光束的局域调制不稳定增长率。