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《中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)》 2008年
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光折变空间光孤子瞬时状态的研究

张磊  
【摘要】: 本文主要对光折变空间光孤子的时间行为进行了研究。从光折变效应的物理过程出发,阐述了光折变空间光孤子的形成机理,引入了带输运模型,介绍了描述光折变空间光孤子形成过程的基本方程,并分别推导了开路系统和闭路系统中与时间有关的空间电荷场的表达式。 研究了开路低振幅系统中一维光伏空间光孤子的时间行为,并用数值方法模拟了孤子的传输过程以及强度的半峰值宽度随时间的演化过程。发现孤子的宽度随时间单调递减至一个最小值。而且,对于不同的峰值强度与暗辐照比值,孤子达到稳态时所需要的时间接近于一个确定值,它的大小等于无照明场时晶体的介电弛豫时间。当时间趋于无穷时,得到了暗孤子和亮孤子的解析解。 通过数值模拟的方法研究了开路亮光伏空间光孤子随时间的演化过程。当孤子峰值强度与暗辐照的比值较小时,孤子的宽度随时间单调递减直至稳态形成;当孤子峰值强度与暗辐照的比较大时,孤子的宽度先是随时间递减至一个最小值然后又开始增加,而且稳态孤子的形成时间与强度比值无关。并以稳态孤子作为输入,研究了稳态孤子在钛酸钡晶体中的传输过程,观察到稳态孤子的传输过程中存在强度的准周期性变化和弯曲现象。研究表明,随着光伏电场的增强,晶体内的局域非线性效应也得到加强,具体表现为孤子的宽度变得更窄,自聚焦的准周期变得更短。此外,还讨论了时间和温度对光束在晶体里传播时弯曲效应的影响。 从与时间有关的非线性波动方程出发,研究了闭路光伏介质中的准稳态孤子和稳态孤子的性质。结果表明,开路准稳态孤子和开路稳态孤子的形成时间随着孤子峰值强度与暗辐照比值的增加而减小。而且准稳态孤子只有在孤子峰值强度较大时才存在。对于闭路系统,当孤子峰值强度较小时,无论电流密度取何值,都只产生稳态孤子,且改变电流密度值并不影响稳态孤子的形成时间。当孤子峰值强度较大时,改变电流密度,孤子的峰值宽度将呈现出三类不同的演化过程。第一类过程,电流密度取值较小时,稳态暗孤子的形成时间随着电流密度的增加而增加,但准稳态孤子的形成时间与电流密度无关;第二类过程,电流密度取值稍大时,稳态孤子的形成时间都随着电流密度的增大而减小,准稳态孤子的形成时间都随着电流密度的增大而增大;第三类过程,电流密度更大时,改变电流密度只能产生稳态暗孤子,而且稳态孤子的形成时间随着电流密度的增加而增大。
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