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  本文關(guān)鍵詞：線性和二次電光效應(yīng)共存的光折變介質(zhì)中的空間孤子，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2015年

線性和二次電光效應(yīng)共存的光折變介質(zhì)中的空間孤子

郝利麗  

【摘要】：由于在很低的入射光強(qiáng)下即可產(chǎn)生及其重要的潛在應(yīng)用價(jià)值,使得光折變空間光孤子已經(jīng)成為非線性光學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題,并在理論和實(shí)驗(yàn)兩方面取得了極大的研究進(jìn)展。人們對(duì)基于線性電光效應(yīng)或二次電光效應(yīng)的光折變空間光孤子進(jìn)行了廣泛的研究。但最近幾年中,人們相繼發(fā)現(xiàn)某些非中心對(duì)稱的光折變晶體,如[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3](1-x)-(Pb Ti O3)x(PMN-x PT)晶體、KTa1-xNbxO3(KTN)晶體及Li Nb O3等晶體處于其相變溫度附近時(shí)具有較大的電光效應(yīng),此時(shí)線性和二次電光效應(yīng)可同時(shí)存在于晶體內(nèi)部,進(jìn)而折射率變化要同時(shí)受到這兩種電光效應(yīng)的調(diào)制。本論文將對(duì)線性和二次電光效應(yīng)共存的光折變介質(zhì)中的空間光孤子進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究。利用描述單光子光折變效應(yīng)的帶輸運(yùn)模型及雙光子光折變效應(yīng)的Castro-Camus模型,推導(dǎo)出了在有外加電場(chǎng)條件下的線性和二次電光效應(yīng)共存的光折變介質(zhì)中入射光的光場(chǎng)方程,理論預(yù)言了暗、亮及灰孤子的存在,并得到了其積分形式的空間孤子解。給出了小振幅情況下空間孤子的光場(chǎng)方程、解析解及孤子寬度的顯式表達(dá)式,討論了孤子寬度與外加電場(chǎng)的關(guān)系。結(jié)果表明,這些空間光孤子的形成依賴于線性和二次電光效應(yīng)的共同作用,這兩種電光效應(yīng)間的相互影響對(duì)空間孤子的形成及性質(zhì)有決定性的作用。當(dāng)線性和二次電光效應(yīng)相互促進(jìn)時(shí)光折變效應(yīng)增強(qiáng),此時(shí)有利于空間光孤子的形成;當(dāng)二者相互減弱甚至抵消時(shí)光折變效應(yīng)被減弱,將給空間光孤子的形成帶來(lái)不利影響。研究了線性和二次電光效應(yīng)共存的單光子及雙光子光折變晶體中兩個(gè)或多個(gè)空間光孤子間的非相干耦合。證實(shí)了非相干耦合的暗-暗、亮-亮、灰-灰及暗-亮孤子對(duì)(族)的存在。且當(dāng)非相干耦合孤子對(duì)中兩孤子分量的總光強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于暗輻射和背景光的強(qiáng)度之和時(shí),在線性和二次電光效應(yīng)共存的單光子及雙光子光折變晶體中可以形成暗-暗、亮-亮及暗-亮Manakov孤子對(duì)。利用光束傳輸法對(duì)空間光孤子及非相干耦合孤子對(duì)(族)的傳輸穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)亮孤子的空間傳輸是穩(wěn)定的,即使在存在一定微擾的情況下,入射光經(jīng)過(guò)較短的傳輸距離就可以自修定其波形并轉(zhuǎn)化成了一束新的孤子波;而暗孤子是不穩(wěn)定的,極小的擾動(dòng)就可以使暗孤子在空間傳輸過(guò)程中衍射發(fā)散。分別運(yùn)用光束傳輸法和微擾分析法研究了由擴(kuò)散場(chǎng)引起的亮孤子在空間傳輸過(guò)程中的自轉(zhuǎn)向效應(yīng)。結(jié)果表明,在擴(kuò)散場(chǎng)的作用下,亮孤子的中心軌跡近似為一條拋物線,而孤子光束中心波矢和傳播方向之間的角度偏轉(zhuǎn)量隨傳播距離線性變化,橫向和角度偏轉(zhuǎn)量均與外加電場(chǎng)呈三次函數(shù)關(guān)系。研究了溫度對(duì)線性和二次電光效應(yīng)共存的單光子光折變晶體中亮空間光孤子在傳輸穩(wěn)定性、孤子光強(qiáng)的空間分布、自轉(zhuǎn)向效應(yīng)等方面的影響。討論了擴(kuò)散項(xiàng)、暗輻射強(qiáng)度和相對(duì)介電常數(shù)等物理量在影響亮空間光孤子性質(zhì)方面所起的作用。結(jié)果表明,當(dāng)溫度在參考溫度0T附近比較小的范圍內(nèi)變化時(shí),入射光束能夠轉(zhuǎn)化成晶體中可支持的新孤子波,而當(dāng)溫度偏離0T較遠(yuǎn)時(shí),入射光波在介質(zhì)中不能穩(wěn)定傳播。亮孤子束的光強(qiáng)峰值隨溫度增大而單調(diào)遞減,但孤子寬度隨溫度的變化關(guān)系還與初始光強(qiáng)峰值0r有關(guān)。在相變溫度附近的溫度范圍內(nèi),介質(zhì)內(nèi)暗輻射強(qiáng)度的溫度依賴性在亮孤子自轉(zhuǎn)向過(guò)程中占據(jù)主導(dǎo)地位。溫度繼續(xù)升高時(shí),介電常數(shù)及擴(kuò)散項(xiàng)對(duì)轉(zhuǎn)向過(guò)程中的偏移量所起的作用隨之增大,當(dāng)溫度趨于介質(zhì)的居里溫度,即CT→T時(shí),相對(duì)介電常數(shù)將在自轉(zhuǎn)向過(guò)程中起主要作用。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O437
【目錄】：

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本文編號(hào)：239065