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《湖南大学》 2017年
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基于非局域介质中Airy光束传输特性的空间分束机理研究

黄丝米  
【摘要】:随着对Airy光束在非线性传输领域研究的加深,研究人员发现该光束在传输的过程中会伴随有多孤子流出的现象,这种多孤子转换的特性在空间分束领域具有潜在的应用。而且,Airy光束因为自身奇特的传输性质也吸引了很多的研究,比如:在长距离传输时的无衍射特性,在强干扰下的自恢复特性以及按抛物线轨迹自加速的特性。不同于传统光束的单峰结构,Airy光束的强度分布呈现的是一种多峰结构。在实际中,许多支持孤子流出的非线性系统都会具有很强的非局域特性。在液晶晶体、光折变材料和玻色-爱因斯坦凝聚等中都发现过非局域空间孤子,相比于局域介质,孤子在非局域介质中的传输具有很多特殊性质。本文将Airy光束与非局域介质综合讨论,通过非局域非线性薛定谔模型,研究了非局域非线性介质中Airy光束传输特性的空间分束机理。首先,根据光束传输的非局域非线性薛定谔方程,研究了在非局域参数分别为正负情况下高斯光束和Airy光束的传输情况,发现单峰的高斯光束在非局域参数为正负时的传输呈现对称分布。而多峰的Airy光束在传输时,其光强分布会随着非局域介质参数正负的选取呈现出很大区别,在参数为正值时,Airy光束出现了多孤子流出的现象。其次,分析了传输介质的非局域参数对Airy光束多孤子流出的影响,通过改变非局域参数的大小来控制非局域化效应。非局域参数的增大会使传输光束受到非局域效应的影响范围扩大,流出的孤子数目变多。Airy光束的截断系数和入射光强这些初始参数在很大程度上决定了 Airy光束的传输特性,通过改变这两个参数也能直接影响到输出的光孤子。截断系数越小,光束的多峰结构越明显,旁瓣能量越大,产生孤子的数目越多。初始入射光强增大,相应会使得Airy光束各个瓣的峰值功率增大,光束最终能够流出的孤子数目也会增大,成正比关系。最后,分析了 Airy光束流出空间孤子的稳定性,并提出了一个对空间分束可行的方案。研究得出了在一定条件下,Airy光束主瓣和旁瓣能够流出孤子的强度阈值以及与强度阈值有关的因素。当初始的入射角发生偏转时,不论是逆时针或是顺时针偏转,Airy光束在非局域介质传输过程中生成的孤子数目是不变的,这使得生成的多孤子具有很高的稳定性。因此,提出了一种基于非局域介质的空间频率分束器的系统和设计方案,可以将高斯光束转换为空间多孤子光束。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O437

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