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非局域介质中空间光孤子传输特性的若干研究

孔茜  
【摘要】:空间光孤子代表在非线性介质中以空间分布不变而传输的窄光束,是尺寸决定的衍射效应和非线性导致的相位调制相平衡的产物。近年来,非局域非线性光孤子的研究引起了人们的普遍关注,这是因为介质的非局域特性普遍存在于许多物理体系中,如向列液晶等。在非局域非线性介质中研究各种不同类型的空间光孤子将大大拓展孤子科学、非线性光学的研究领域,为深入理解空间孤子的物理特性提供理论基础。 本文主要研究了多种不同类型的空间孤子在非局域非线性介质中的自陷传输,其中包括非相干空间光孤子及椭圆非相干孤子在强非局域Kerr型非线性介质中的传输,任意非局域强度非线性介质中暗孤子的解析研究及暗孤子的相互作用,此外,还研究了非局域介质中的复杂孤子-矢量多极孤子,包括矢量偶极孤子和矢量项链环孤子。 作者取得的主要研究成果如下: (1)研究了强非局域非瞬时Kerr非线性介质中一维非相干线性孤子的传输特性。使用相干密度法得到此类非相干孤子的解析解。结果显示非相干孤子的空间束宽与非相干角功率谱? 0及入射功率有关。当孤子存在条件不满足时,非相干光束在传输过程中经历周期性振荡,具体讨论了光束强度及相干特性的演化情况。 (2)系统探讨了强非局域非瞬时各向异性Kerr非线性介质中椭圆非相干孤子的传输特性。利用互相干函数法得到了此类孤子的存在曲线,发现椭圆非相干孤子的相干特性既可以是各向异性的也可以是各向同性的。当孤子存在条件不满足时,椭圆非相干光束经历周期性振荡,由于其长短轴方向的振荡周期不同,使得椭圆光束在某些传输距离处将会演化成为圆光束。 (3)解析研究任意非局域强度非线性介质中暗孤子的传输特性。应用变分法第一次描述了适用于任意非局域强度范围的暗孤子演化行为,得到了孤子各参数间的解析关系。 (4)理论上研究了非局域非线性介质中暗孤子的相互作用,应用变分法解析得到适用于任意非局域强度非线性介质中的结论,结果显示非局域性为孤子间相互作用提供吸引力,使得暗孤子束缚态得以形成。 (5)解析及数值上研究任意非局域强度非线性介质中矢量多极孤子的自陷传输,主要包括两维矢量偶极孤子和矢量项链环孤子团簇的研究。应用变分法解析推导出此类孤子的演化方程同时使用直接数值模拟方法研究其传输稳定性问题。研究表明非局域性可以提供吸引力,起到稳定矢量孤子的作用,同时与矢量作用的相结合可以完全稳定矢量多极孤子。


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