光折變晶體中空間光孤子的數(shù)值分析及其研究.pdf

1、空間光孤子是強(qiáng)光引起介質(zhì)折射率非線性變化而產(chǎn)生的，當(dāng)非線性介質(zhì)折射率改變引起的光束自聚焦與光束衍射自發(fā)散作用相平衡時(shí)，光就能達(dá)到自陷，傳播時(shí)輪廓不變，形成空間光孤子。由于光折變空間孤子只需毫瓦量級(jí)的低功率激光等特點(diǎn)，以及其在全光開關(guān)、光波導(dǎo)、光信息處理及光通信的方面的潛在應(yīng)用而受到人們廣泛的關(guān)注。本文對(duì)一維光折變空間孤子的傳輸特性、相互作用及自偏轉(zhuǎn)進(jìn)行了理論分析，并通過有限差分法進(jìn)行數(shù)值模擬。其主要工作和成果如下： 1.詳細(xì)介紹

2、了四種基本類型的光折變空間孤子的研究歷史及發(fā)展現(xiàn)狀，與克爾孤子相比較介紹了光折變空間孤子的特點(diǎn)和應(yīng)用。 2.以光折變動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了屏蔽空間亮、暗孤子的數(shù)值積分表達(dá)式及在低振幅近似下的解析表達(dá)式。以鈮酸鍶鋇（SBN）晶體為例，給出了屏蔽亮孤子和暗孤子的數(shù)值解，及孤子強(qiáng)度與半高全寬的關(guān)系曲線。 3.利用有限差分法，對(duì)屏蔽光孤子在晶體中的動(dòng)態(tài)演化特性進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)證了孤子能夠在晶體中穩(wěn)定傳播。引入吸收系數(shù)，對(duì)孤子的

3、衰減進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)低振幅近似下的高階孤子的動(dòng)態(tài)演化進(jìn)行了模擬，數(shù)值結(jié)果表明，高階孤子演化過程中有壓縮及展寬現(xiàn)象。 4.利用有限差分法，對(duì)孤子的穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬，得出對(duì)于較小的微擾，入射孤子可以克服并經(jīng)過一段距離后能演化成穩(wěn)定的孤子波，對(duì)于大的微擾，孤子便不能穩(wěn)定傳輸，在晶體中發(fā)散。 5.利用有限差分法，數(shù)值模擬了初始相位和初始間距對(duì)兩孤子間相互作用的影響，并對(duì)三個(gè)同相和反相孤子間的相互作用進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明

4、，兩個(gè)同相的孤子相互吸引，并在一定距離內(nèi)有孤子融合現(xiàn)象產(chǎn)生，而孤子融合作用發(fā)生時(shí)的作用距離隨孤子初始距離的增大而增大；兩個(gè)反相孤子相互排斥，排斥作用隨孤子初始間距的減小而增強(qiáng)；當(dāng)兩孤子的相位差在區(qū)間（0，π）和（-π，0）之間時(shí)，其相互作用過程中伴有能量轉(zhuǎn)移。 6.在考慮晶體中擴(kuò)散效應(yīng)時(shí)，孤子中心在傳播過程中會(huì)偏離中心位置發(fā)生偏轉(zhuǎn)，采用微擾法得出孤子中心的偏轉(zhuǎn)曲線為拋物線，給出了解析表達(dá)式，表明孤子存在最大偏移量，并對(duì)孤子的自偏