光折變晶體中光束的傳輸與控制研究——類行波空間孤子的傳輸與控制研究.pdf

1、光折變空間孤子在光通信、光互連、光存儲光學器件設計和光計算等領域的廣闊應用前景，近十幾年，對于光折變空間孤子的研究一直是人們關注的熱點。本文是在研究空間孤子的偏轉控制時，提出了類行波空間孤子的概念，并主要研究了類行波空間孤子在光折變晶體中的傳輸與控制。 本文在系統(tǒng)地研究了光折變空間孤子的基本理論的基礎上，給出了加偏壓的光伏光折變晶體非線性方程簡化形式，為研究光束在光折變介質中的傳播特性提供了便利，研究了光折變非線性方程的數(shù)值處理

2、方法，提出了類Crank-Nicholson有限差分算法，并改進了分步傅里葉變換算法，并用該算法數(shù)值地研究了變量分離空間孤子的傳播特性。 提出了類行波空間孤子的概念，并給出形成類行波空間孤子的條件。類行波空間孤子的振幅和相位均是組合變量的函數(shù)，并且只有亮孤子一種形式。研究發(fā)現(xiàn)：類行波空間孤子在晶體中傳播時偏離初始的入射方向，偏轉角和偏轉方向取決于類行波空間孤子的橫向相位調制系數(shù)，這種特性可以用于對光束的偏轉控制。 進一步

3、研究了類行波空間孤子的相互作用。對于相干相互作用，相互作用力的大小與孤子的相對強度、相對間距以及晶體的外加電場的大小有關，孤子的相對強度越大，相對間距越小以及晶體外加電場越強相互作用力越大，同相相吸，反相相斥，當間距較小時只發(fā)生有限次碰撞后分開，且能量轉移比較明顯，多束孤子相干相互作用有光計算的潛在應用。對于非相干相互作用只表現(xiàn)相互吸引，吸引力的大小與孤子間距和晶體外加電場大小有關，當間距較小時會出現(xiàn)交叉扭結現(xiàn)象。 研究了高斯光

4、束在光折變晶體中的演化。研究結果表明，在光折變晶體中高斯光束的振幅和寬度按指數(shù)規(guī)律變化或者周期振蕩，但是其振幅的平方與寬度的乘積保持不變；在一定的條件下光折變晶體中可以支持高斯型孤子，文中給出了高斯光束與亮孤子匹配的近似條件。還研究高斯光束在外加空間調制電場的光折變晶體中的演化，提出了用空間離散分布電場替代線性分布電場。高斯光束在外加空間調制電場的光折變晶體中傳播時，其寬度受到外加電場的調制；該特性可以用來對光束的整形。高斯光束對在外加

5、空間調制電場的光折變晶體中的相互作用時同相相吸和反相相斥，由于光束傳輸受外加電場的調制，可以通過調整外加電場來控制光束的偏轉，還可以控制光束平行傳輸靠得更近，這對用相干光束形成孤子陣列和陣列波導有重要的參考價值。 最后在實驗上研究了部分空間非相干光暗空間光伏孤子，暗孤子所感應的波導對部分空間非相干光與激光有導向作用，兩個靠近并平行傳播的一維部分空間非相干光光伏暗空間孤子感應的波導可以實現(xiàn)能量定向耦合，改變兩束暗孤子的間距可以調整