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周期性光晶格中的孤子传输特性及开关行为

孟小波  
【摘要】: 由于光孤子通信对于全光网络建设有很大优势,受到了人们越来越多的关注。其中,光孤子在介质中的传输特性的研究尤为重要,通过这方面的研究,人们能够更清晰地认识到光孤子传输过程中的各种利弊条件及影响因素,从而可以更好地对介质中传输的光孤子进行操控。另一方面,在光孤子通信系统中,孤子器件是必不可少的组成部分,通过对光孤子器件的研究设计,可以对光孤子通信系统的建立提供有力的技术支持。本文利用数值模拟方法,分别讨论了均匀介质中的光孤子传输特性和周期晶格中的光孤子开关行为,并提出了两种新型的复周期晶格系统,获得了一些新颖的有意义的结果。 利用分步傅立叶方法数值研究了均匀介质中孤子传输模型所对应的非线性薛定谔方程,分别讨论了均匀介质中高阶色散效应对光孤子传输的影响以及注入不同的孤子脉冲对时出现的不同现象。在不考虑高阶色散时,孤子可以平稳地传输,当考虑高阶色散效应时,孤子脉冲出现明显的振荡,并且振荡与色散阶数的奇偶性有一定的关系。在考虑三阶色散效应的情况下,如果注入一对孤子脉冲,通过改变孤子对的相位差,可以使三阶色散引起的单边振荡发生显著变化,并导致孤子脉冲的能量转移。 文章提出了两种类型的复周期Kerr非线性调制光晶格,讨论其孤子开关效应的特性,并与前人提出的单周期余弦型调制晶格进行对比分析,获得了一些创新性的结果。首先,通过注入具有一定初始角度的孤子脉冲,考察了这两种复周期晶格对孤子脉冲能量的保持情况,以及注入相同孤子脉冲时,脉冲被晶格俘获前可穿越的晶格通道的数量,并与单周期余弦型调制晶格进行对比。然后,比较了注入脉冲在同一能量范围内时孤子局域通道数的差别,也对孤子稳定在相同穿越通道数情况下的响应时间进行了分析。结果表明,本文提出的两种复周期光晶格结构在孤子开关效应方面优于单周期余弦型调制晶格,尤其是第二种复周期结构光晶格模型,对于光孤子开关的器件设计有很好的应用价值和前景。


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