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非相干光折变空间孤子与方位角调制涡旋孤子的研究

张贻齐  
【摘要】:空间光孤子是衍射机制和自聚焦效应达到平衡时的一种非线性局域束缚状态,它能够在传播过程中保持波形和能量不变。近一二十年来,该领域一直受到广泛关注。论文选取屏蔽光伏孤子的自偏转、非相干光折变空间孤子和方位角调制涡旋孤子等热点问题进行了深入研究和讨论,并且论文还对时间孤子范畴内的光纤激光放大器等问题也做了探讨。得到的具体结论和成果如下: 1.亮暗屏蔽光伏孤子可以发生大自偏转现象 利用数值方法证实了亮暗屏蔽光伏孤子在有外加电场的LiNbO3晶体中都可以发生大自偏转。并验证了这种自偏转现象不但与晶体中受主浓度NA有关而且还与外加电场E0有关。在E0相同的条件下, NA越小这种自偏转现象越明显,在NA相同的条件下, E0越大自偏转现象越明显。研究还发现亮、暗屏蔽光伏孤子的自偏转现象不同:亮屏蔽光伏孤子整体都发生明显偏转,暗屏蔽光伏孤子的偏转只是发生在一侧,其极值位置和另一侧几乎不发生偏转。 2.准亮和类灰非相干光折变空间孤子的存在性以及暗非相干光折变空间孤子的分裂 非相干孤子与相干孤子不同,非相干光束不同点对应的相位没有内在联系,因此在传输过程中发散的更快。由于自然界中的光源大多是非相干的,故研究非相干孤子有其现实意义。利用用相干密度法和波传输法分别研究了亮暗非相干光伏孤子和在对数型饱和非线性介质中的暗非相干孤子的传输特性和空间相干特性。 研究发现在光伏晶体中可以观察到亮的准非相干光伏孤子和类灰非相干光伏孤子。对于暗非相干光伏孤子,如果初始输入在偶条件下那么在传输过程中会分裂为一个双通道孤子;如果初始输入在奇条件下那么在传输过程中会分裂为一个三通道孤子。通过对非相干光伏孤子相干长度的研究发现其深受光伏电场Eph的影响。 在对数型饱和非线性介质中,非线性系数ν的取值对非相干孤子的传输有重大影响, ν较小时可以观察到暗非相干孤子会演变成为类灰非相干孤子。随着ν的增大,若是在偶输入条件下暗非相干孤子会分裂成为双通道或更高偶数个通道的孤子,若是在奇输入条件下暗非相干孤子就会分裂成为三通道或更高奇数个通道的孤子。研究结果还表明孤子的相干长度在凹谷处会变大,但是在凹谷中心会突然下降。 3.圆形波导中方位角调制涡旋孤子可以持续发生旋转,方形波导中方位角调制涡旋孤子的旋转与其调制深度有关系 方位角调制涡旋孤子是指涡旋光束的能量在方位角方向受到调制,并在介质中传播时呈现具有稳定角速度的旋转现象。它们可以看成是在方位角引入了微扰的光涡旋,即在相位结构上具有奇点的光束。 研究发现,在圆形波导中方位角调制涡旋孤子在传输过程中总是可以旋转的,数值上与分析得到的旋转角频率符合的非常好。在方形波导中,方位角调制涡旋孤子在传输过程中会发生形变。并且研究表明,方位角调制涡旋孤子的调制深度有个阈值,高于该阈值方位角调制涡旋孤子只能来回摆动,而只有低于该阈值方位角调制涡旋孤子才能发生旋转。该阈值现象可以通过能量分布在不同方向的方位角调制涡旋孤子的能量差异来解释。 4.高斯输入与双曲正割输入在光纤激光放大器中收敛到抛物脉冲的速度与其增益类型有关系 利用自相似方法对脉冲在纵向具有任意增益的正色散光纤放大器中的传输进行了研究,发现了任意输入脉冲在演化为渐进抛物脉冲时会出现低功率两翼的函数解。理论和数值研究一致表明在增益逐渐增加的放大器中,高斯脉冲收敛到渐进抛物脉冲速度要大于双曲型脉冲。然而在增益逐渐减小的放大器中,二者收敛到渐进抛物脉冲的速度没有太大差异。


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