光折变介质中部分相干光孤子的研究

【摘要】： 光折变空间孤子是指光折变材料非线性产生的自聚焦效应与光束的衍射发散作用相平衡时,在介质中形成稳定的局域化能量包络。光折变空间孤子在mW量级的入射光辐照下就能产生,并能形成稳定的二维空间孤子,是当今非线性光学前沿研究热点之一。近年来,对光折变介质中的空间非相干孤子的研究,改变了人们认为光孤子只能是相干孤子这种传统观念,为空间孤子开辟了新的研究领域,而非相干光源的使用也极大的推动基于光孤子的全光通信的发展。 本文从光折变效应的物理过程入手,阐述了光折变空间光孤子的形成机理。然后详细介绍部分相干光孤子的实验实现以及研究方法。推导出有外加偏压的光折变晶体中形成的部分相干屏蔽明孤子,给出屏蔽明孤子的积分表达式。利用有限差分法,对构成部分相干光束的相干组份在线性介质中的衍射传播进行计算,结果表明光束的衍射行为与光束的包络有关,而且相干组份偏离中心轴的方向也影响着光束传播中的偏转。同时通过计算可知,在非线性光折变介质中相干组份能形成稳定的传播状态。接着讨论描述光束空间相干性的相干长度,表明在形成屏蔽明孤子时,相干长度为一定值,与光束的相干度有关。 另一方面,通过求解部分相干光在光折射率改变与光强成对数关系的对数型光折变介质中的非线性传播方程,得到部分相干光孤子的解析表达式。对解析形式的相干组份的传播特性进行分析,结果表明光束在传播过程中呈周期振荡形式。在此基础上,详细讨论了部分相干光束在介质中形成的周期振荡传播和稳定传播这两类不同传播状态。最后研究形成孤子时的相干长度,发现与屏蔽孤子的相干长度具有同样的表达式。