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有限和缺陷调制格子中孤子特性研究

钟顺盛  
【摘要】:光束在非线性介质传输过程中光束自然衍射效应与介质的非线性效应相抵消,使得光束在传播过程中不会发生横向扩展,从而在一段窄小的空间内形成“自陷”,这就是空间光学孤子。由于空间光学孤子这种独特的属性,使之备受关注。尤其在2003年光诱导技术的报道之后,许多原本在大块均匀介质中根本不能实现的孤子特性在调制光学格子中被相继发现。从此以后,对于空间光学孤子的研究主要集中在格子孤子领域。 随着材料科学、激光诱导技术以及蚀刻技术的不断提高,各种各样的新型光学格子相继出现,在结构上逐渐有先前报道的周期性调制光学格子过渡到非周期性调制格子,在空间上也由一维光学格子系统到多维度系统中。就作者本人对光学格子孤子的研究认识,认为一维系统调制光学格子中还是有很多尚未发现的现象。就周期性调制光学格子所言,其所支持的孤子存在区域和稳定性都取决于调制格子所对应布洛赫带-隙结构,孤子只能出现在带隙中,其剖面结构由所对应的非线性传播常数在带隙中的位置决定。那么针对于周期性调制格子数目有限的情况下,孤子是否还会受到相对应的带-隙结构的制约? 本文就是在以此为研究背景下展开对于一维光学格子孤子的探究,文章主要目标在于探究有限格子中所支持孤子传输特性,以及将不同类型的调制格子有机地结合起来,观察传输于其中的孤子传输动力学行为及相关属性。所取得的主要结果有如下两个方面内容: 1.有限格子中对称型与反对称型孤子 我们探究的这种模型光强分布在两旁无穷远处为恒定的基座,并且两边基座以对称型和反对称型几何关系组成。这种存在于有限大格子嵌入自散焦饱和介质中的孤子还有多种分类,包括异、同相位的对称型和反对称型结构剖面。虽然基于调制格子的周期数目是有限的,但孤子的存在区域和稳定性都受到周期性调制格子所对应的带-隙结构的影响。研究结果表明:孤子的光强分布基座高度和广义能流值都与介质饱和系数成正比关系。特别是随着非线性饱和系数或者格子周期数目的增加,传输不稳定性能够得到很好的抑制。此外,我们还发现有限大格子中所支持的同相位孤子的两种结构形式,其中一种能够实现稳定传输。此次研究可以将无限大格子孤子和有限大格子孤子相联系起来。 2.表面缺陷扭结孤子 对在自散焦克尔介质与嵌有单格子或多格子的正负缺陷调制的半无限大光学格子之间的界面上所支持的非线性缺陷扭结孤子的存在区域、稳定性以及传播特性进行介绍。研究发现:随着缺陷调制区域的变化,周期性调制格子所对应的带-隙结构也将随之改变,从而在根本上影响到缺陷孤子的存在区域和稳定性。负缺陷调制的存在能够削弱孤子局域在各个相邻格子上的光强之间的相互作用力,对缺陷孤子的不稳定性起到明显的抑制效果,尤其是对于同相位孤子而言。此次研究得到能够稳定传输的同相位扭结孤子。


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