非均勻擴(kuò)散的環(huán)狀孤子以及Airy光束在耗散系統(tǒng)中傳輸?shù)难芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-05-31 13:50
【摘要】：空間光孤子是非線性系統(tǒng)中一種具有自我束縛和局域作用的特殊產(chǎn)物,它以獨(dú)特的平衡性能夠?qū)崿F(xiàn)在光纖介質(zhì)中的高容量、長(zhǎng)距離傳輸。而耗散空間孤子則是非線性平衡與能量平衡的共同產(chǎn)物,是一種更加適合在自然界復(fù)雜系統(tǒng)中的傳輸載體。耗散孤子光纖激光器能從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)高功率的脈沖孤子輸出,并且在極大的參數(shù)范圍內(nèi)都實(shí)現(xiàn)鎖模,同時(shí)也能夠允許高階非線性效應(yīng)的存在而避免光波分裂,形成的脈沖種類(lèi)及其演化過(guò)程也十分豐富。光孤子在耗散系統(tǒng)傳輸中,根據(jù)不同的光場(chǎng)模式能夠形成多種更具獨(dú)特性與應(yīng)用性的動(dòng)力學(xué)變化。渦旋光束以及Airy光束都以其獨(dú)特的性質(zhì)而引起了眾多研究者的興趣。光學(xué)渦旋模式中帶有相位因子的指數(shù)項(xiàng),因此是一種具有相位奇點(diǎn)以及螺旋型相位波前的光束,對(duì)光學(xué)渦旋場(chǎng)的產(chǎn)生、傳播及其在微粒操控、信息傳輸?shù)葢?yīng)用方面都具有重要的研究意義。而Airy光束也因其無(wú)衍射、自加速以及自我修復(fù)等特性也引起了眾多學(xué)者的興趣,并應(yīng)用到光學(xué)清掃、電子加速、微粒操控等研究上。在本文中,我們通過(guò)復(fù)系數(shù)三-五階金茲堡郎道方程的耗散系統(tǒng)模型,通過(guò)構(gòu)建非均勻有效擴(kuò)散項(xiàng),對(duì)在內(nèi)進(jìn)行傳輸?shù)臏u旋孤子演變進(jìn)行研究。通過(guò)系統(tǒng)的模擬計(jì)算,在帶有非均勻有效擴(kuò)散(空間濾波)項(xiàng)的三-五階復(fù)金茲堡-朗道方程模擬的介質(zhì)中,我們展示了從一個(gè)嵌入渦旋的二維入射光到多種環(huán)狀光渦旋(OVs)的變化。這種非均勻有效擴(kuò)散項(xiàng)在橫向上是各向異性的,并且在縱向上實(shí)現(xiàn)周期性調(diào)控。我們展示了穩(wěn)定的正方形狀、齒輪狀、傾斜的橢圓狀、兩個(gè)衛(wèi)星渦旋和中心基孤子構(gòu)成的串狀束縛態(tài)以及三個(gè)基孤子構(gòu)成的環(huán)狀渦旋光。它們的形狀可以通過(guò)調(diào)節(jié)非均勻擴(kuò)散的強(qiáng)度和調(diào)制周期進(jìn)行調(diào)控。通過(guò)改變輸入光束的渦旋以及非均勻擴(kuò)散的參數(shù)確定存在光渦旋的穩(wěn)定區(qū)域。這個(gè)結(jié)果提供了一種產(chǎn)生新型環(huán)狀光渦旋的方法,能夠應(yīng)用在結(jié)構(gòu)光學(xué)的相關(guān)工作中。同時(shí)也對(duì)有限能量以及無(wú)限能量的二維Airy光束在耗散系統(tǒng)中的傳輸特性進(jìn)行了研究,歸納出了不同傳輸態(tài)存在的參數(shù)區(qū)間。
【圖文】：
存在于可積分的守恒系統(tǒng)中，具體表現(xiàn)為系統(tǒng)只考慮非線性效應(yīng)與衍射或者色散的平而無(wú)能量的流入與流出，可看成是哈密頓系統(tǒng)的一個(gè)分支，即是對(duì)自然界中真實(shí)存在復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行高度簡(jiǎn)化的結(jié)果。與哈密頓這樣的保守系統(tǒng)不同，耗散系統(tǒng)具備開(kāi)放性與外界不斷產(chǎn)生物質(zhì)與能量的交換，更加接近復(fù)雜交叉的、相互影響的現(xiàn)實(shí)世界，在然界普遍存在。例如在現(xiàn)實(shí)的光纖傳輸系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)的非線性薛定諤方程就是在群速色散（GVD）與自相位調(diào)制（SPM）平衡條件下去描述孤子在光纖中傳輸?shù)睦碚撃Ｐ偷珵榱颂岣吖饫w傳輸容量而采用超短脈沖時(shí)，傳輸介質(zhì)中的高階影響必須被考慮在內(nèi)所以孤子在光纖中的傳輸就遠(yuǎn)比非線性薛定諤方程所定義的更復(fù)雜。因此，耗散系統(tǒng)的光孤子不僅僅只有非線性效應(yīng)與衍射或者色散的平衡，還具有能量增益與能量損耗間的平衡，而這也是耗散孤子能夠存在的重要條件。圖 2-1 能夠非常清晰的說(shuō)明兩種統(tǒng)中孤子存在的區(qū)別。所以在耗散系統(tǒng)中我們更加關(guān)注孤子能量的增益與損耗。若增過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致孤子過(guò)度膨脹而崩潰，若損耗過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致孤子萎縮而消失。
求解波動(dòng)方程而得到的。渦旋光束就是具備特殊波動(dòng)解的一種光波，其解點(diǎn)，表明波在具有奇點(diǎn)的地方發(fā)生了突變，即產(chǎn)生了相位畸變，所以奇點(diǎn)，而振幅與光強(qiáng)都為零。光束會(huì)圍繞著這個(gè)奇點(diǎn)旋轉(zhuǎn)成渦旋，在中心軸線著奇點(diǎn)旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，這樣的光束就是渦旋光束，而相位奇點(diǎn)就被稱(chēng)為光渦旋位置光場(chǎng)表現(xiàn)為暗跡，，即場(chǎng)強(qiáng)的實(shí)部和虛部都為零，光場(chǎng)則圍繞著光渦旋用的普通渦旋光束在極坐標(biāo)下的表達(dá)式為： 22rr, r exp exp2Mu A z iMw z （中 A 表示的是光束振幅，w 表示的是入射光束的寬度，M 表示的是渦旋渦旋光與其它光束最大的區(qū)別還在于它多了一個(gè)相位因子，用 exp(iMθ)表電荷 M 提供了渦旋光的角動(dòng)量，包括自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量，渦旋光布也因此而產(chǎn)生。圖 3-1 展示了不同拓?fù)潆姾芍档臏u旋光束二維平面圖及。
【學(xué)位授予單位】：廣東技術(shù)師范學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O437
【參考文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前2條
1 江光裕;劉友文;;Continuous generation of dissipative spatial solitons in two-dimensional Ginzburg Landau models with elliptical shaped potentials[J];Chinese Optics Letters;2015年04期
2 徐佳;吳思達(dá);劉江;孫若愚;譚方舟;楊全紅;王璞;;被動(dòng)鎖模的傳統(tǒng)孤子、耗散孤子摻鉺光纖激光器[J];中國(guó)激光;2013年07期
本文編號(hào)：2689953
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/wulilw/2689953.html
【圖文】：
存在于可積分的守恒系統(tǒng)中，具體表現(xiàn)為系統(tǒng)只考慮非線性效應(yīng)與衍射或者色散的平而無(wú)能量的流入與流出，可看成是哈密頓系統(tǒng)的一個(gè)分支，即是對(duì)自然界中真實(shí)存在復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行高度簡(jiǎn)化的結(jié)果。與哈密頓這樣的保守系統(tǒng)不同，耗散系統(tǒng)具備開(kāi)放性與外界不斷產(chǎn)生物質(zhì)與能量的交換，更加接近復(fù)雜交叉的、相互影響的現(xiàn)實(shí)世界，在然界普遍存在。例如在現(xiàn)實(shí)的光纖傳輸系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)的非線性薛定諤方程就是在群速色散（GVD）與自相位調(diào)制（SPM）平衡條件下去描述孤子在光纖中傳輸?shù)睦碚撃Ｐ偷珵榱颂岣吖饫w傳輸容量而采用超短脈沖時(shí)，傳輸介質(zhì)中的高階影響必須被考慮在內(nèi)所以孤子在光纖中的傳輸就遠(yuǎn)比非線性薛定諤方程所定義的更復(fù)雜。因此，耗散系統(tǒng)的光孤子不僅僅只有非線性效應(yīng)與衍射或者色散的平衡，還具有能量增益與能量損耗間的平衡，而這也是耗散孤子能夠存在的重要條件。圖 2-1 能夠非常清晰的說(shuō)明兩種統(tǒng)中孤子存在的區(qū)別。所以在耗散系統(tǒng)中我們更加關(guān)注孤子能量的增益與損耗。若增過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致孤子過(guò)度膨脹而崩潰，若損耗過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致孤子萎縮而消失。
求解波動(dòng)方程而得到的。渦旋光束就是具備特殊波動(dòng)解的一種光波，其解點(diǎn)，表明波在具有奇點(diǎn)的地方發(fā)生了突變，即產(chǎn)生了相位畸變，所以奇點(diǎn)，而振幅與光強(qiáng)都為零。光束會(huì)圍繞著這個(gè)奇點(diǎn)旋轉(zhuǎn)成渦旋，在中心軸線著奇點(diǎn)旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，這樣的光束就是渦旋光束，而相位奇點(diǎn)就被稱(chēng)為光渦旋位置光場(chǎng)表現(xiàn)為暗跡，，即場(chǎng)強(qiáng)的實(shí)部和虛部都為零，光場(chǎng)則圍繞著光渦旋用的普通渦旋光束在極坐標(biāo)下的表達(dá)式為： 22rr, r exp exp2Mu A z iMw z （中 A 表示的是光束振幅，w 表示的是入射光束的寬度，M 表示的是渦旋渦旋光與其它光束最大的區(qū)別還在于它多了一個(gè)相位因子，用 exp(iMθ)表電荷 M 提供了渦旋光的角動(dòng)量，包括自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量，渦旋光布也因此而產(chǎn)生。圖 3-1 展示了不同拓?fù)潆姾芍档臏u旋光束二維平面圖及。
【學(xué)位授予單位】：廣東技術(shù)師范學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O437
【參考文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前2條
1 江光裕;劉友文;;Continuous generation of dissipative spatial solitons in two-dimensional Ginzburg Landau models with elliptical shaped potentials[J];Chinese Optics Letters;2015年04期
2 徐佳;吳思達(dá);劉江;孫若愚;譚方舟;楊全紅;王璞;;被動(dòng)鎖模的傳統(tǒng)孤子、耗散孤子摻鉺光纖激光器[J];中國(guó)激光;2013年07期
本文編號(hào)：2689953
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