空間孤子傳輸?shù)难芯?pdf

1、空間孤子的穩(wěn)定傳輸有很多方面的應(yīng)用，對(duì)光學(xué)空間孤子，則可應(yīng)用到諸如光通信器件中的光開關(guān)和路由器等；對(duì)于Bose-Einstein凝聚(BECs)原子孤子，則可應(yīng)用到原子激光和量子信息等。另外，復(fù)雜(如多峰)的空間孤子能夠攜帶更多的能量和信息，故在信息處理方面顯得更加有意義。 為了實(shí)現(xiàn)(1+1)維和(2+1)維空間光孤子的穩(wěn)定傳輸，則系統(tǒng)的非線性效應(yīng)必須與光束的衍射達(dá)到平衡；而為了實(shí)現(xiàn)(3+1)維空間光孤子的穩(wěn)定傳輸，則系統(tǒng)的非線

2、性效應(yīng)必須與光束的衍射和色散同時(shí)達(dá)到平衡。但是，往往這些平衡通常是難以實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)空間孤子的傳輸，關(guān)鍵是尋找能維持孤子穩(wěn)定傳輸?shù)姆蔷€性系統(tǒng)。 基于上述兩點(diǎn)，本文主要尋找到維持孤子穩(wěn)定傳輸?shù)姆蔷€性系統(tǒng)：(a)在克爾的非線性介質(zhì)中，采用誘導(dǎo)光對(duì)介質(zhì)進(jìn)行折射率的周期性調(diào)制(形成光致格子)，從而穩(wěn)定了孤子的傳輸；(b)通過在克爾的非線性介質(zhì)中增加了高階非線性項(xiàng)和擴(kuò)散項(xiàng)形成的耗散系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)空孤子的穩(wěn)定傳輸。利用這樣的系統(tǒng)，本文的相

3、當(dāng)一部分的重要成果實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜孤子(包括：極化孤子和項(xiàng)鏈孤子)的穩(wěn)定傳輸。具體的研究成果如下： (1)第一次發(fā)現(xiàn)一種新型的光孤子：(1+1)維極化孤子。并且通過使用一維大調(diào)制周期的光致格子，我們發(fā)現(xiàn)(1+1)維極化孤子能夠被穩(wěn)定，這是由于格子勢(shì)使孤子兩個(gè)極產(chǎn)生了向心力，并且這向心力抵消了極間固有的排斥力，這要求格子的周期必須大于孤子寬度約1.5倍。我們發(fā)現(xiàn)這樣的孤子不但能夠穩(wěn)定地直線傳輸，也能夠圍繞格子的中心穩(wěn)定地?fù)u擺傳輸。

4、 (2)第一次發(fā)現(xiàn)另一種新型的光孤子：時(shí)空項(xiàng)鏈孤子。并且通過使用(3+1)維3-5階復(fù)系數(shù)的GL模型來履行數(shù)字模擬，我們獲得自陷的時(shí)空項(xiàng)鏈孤子，這種自陷孤子能夠攜帶零、整數(shù)和分?jǐn)?shù)角動(dòng)量。這種自陷孤子能夠克服微擾的影響而傳輸很長的距離。 (3)我們發(fā)現(xiàn)表面帶隙孤子能夠在光致超晶格和均勻的飽和自聚焦非線性介質(zhì)的分界面上存在并且穩(wěn)定傳輸，我們稱這樣的孤子為：表面超晶格帶隙孤子。這樣的孤子能夠穩(wěn)定存在于半無限帶隙和第一帶隙。一個(gè)顯著的動(dòng)力學(xué)效

5、果是：隨著孤子功率的減少，表面帶隙孤子從表面分離開來，即：孤子從表面的格子跳到下一個(gè)格子，且可以開始逐次進(jìn)入里面格子的運(yùn)動(dòng)。這種橫向跳躍的傳輸特性在單周期的表面孤子里已被證明是不可能出現(xiàn)的，并且，這種特性使得孤子具有信號(hào)路由的潛在應(yīng)用。 (4)通過移動(dòng)一個(gè)裝有BEEs原子的貝塞爾光致格子，我們發(fā)現(xiàn)靜止的BEEs原子孤子相當(dāng)容易地發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這是格子的移動(dòng)動(dòng)量轉(zhuǎn)移到孤子的角動(dòng)量緣故。當(dāng)格子停止移動(dòng)時(shí)，孤子由于慣性的作用能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這

6、也大大地避免了原子額外發(fā)熱。尤其是，利用這種方法，孤子的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠被自由地控制，包括：孤子的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠被加速、減速、逆轉(zhuǎn)甚至停止在格子環(huán)中的任何位置。這種能夠自由地操縱BEEs原子孤子旋轉(zhuǎn)的結(jié)果無疑在原子器件和量子信息方面具有潛在的應(yīng)用。 另外，本文也研究了光纖通信中孤子相位抖動(dòng)的控制。由于差分的相位位移鍵控(differential phase-shift keying)(DPSK)已被很多文獻(xiàn)證明為在長距離孤子通信系統(tǒng)中能擴(kuò)大通