發(fā)布時間：2017-06-22 14:05

  本文關(guān)鍵詞：強非局域矢量空間光孤子，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當衍射效應(yīng)和光在介質(zhì)中所誘導(dǎo)的非線性效應(yīng)精確平衡時,光束束寬在傳輸過程中可以保持不變,這就是空間光孤子。1997年,Snyder和Mitchell在《Science》雜志上提出了著名的Snyder-Mitchell模型(簡稱為S-M模型),把復(fù)雜的非局域非線性薛定諤方程簡化為線性模型,并得到了高斯型的強非局域空間光孤子。這一成果激發(fā)了眾多學者研究非局域空間光孤子的熱情,并取得了一系列的研究成果。如研究了非局域介質(zhì)中的高斯型空間光孤子、厄密高斯型空間光孤子,拉蓋爾高斯型空間光孤子、因斯高斯型空間光孤子、橢圓高斯型空間光孤子、表面波孤子、矢量空間光孤子、暗孤子、晶格孤子、雙曲正割型空間光孤子以及非局域空間光孤子的相互作用等。對比了光束在局域、弱非局域、一般非局域和強非局域介質(zhì)中的傳輸特性,發(fā)現(xiàn)不同程度的非局域介質(zhì)中孤子的臨界功率、相位和波形都有很大差異,如弱非局域介質(zhì)中孤子波形為雙曲正割型,而在強非局域介質(zhì)中其為高斯型,并且臨界功率和相移都隨著非局域程度的增大而增大。此外還研究了光束在不同響應(yīng)函數(shù)(如高斯型、e指數(shù)型、矩形以及周期性響應(yīng)函數(shù))的非局域介質(zhì)中的傳輸特性。實驗上則發(fā)現(xiàn)了向列相液晶和鉛玻璃具有強非局域自聚焦特性,可以支持明孤子傳輸,羅丹明B甲醇染料溶液具有非局域自散焦特性,可以支持暗孤子傳輸。本文第一章介紹了光孤子的概念、分類、研究歷史和現(xiàn)狀。第二章分別研究了厄密高斯型雙光束和拉蓋爾高斯型雙光束分別在強非局域克爾介質(zhì)中的耦合傳輸所形成的矢量空間光孤子。第三章則探討了當形成矢量空間光孤子的條件不滿足時,高斯型雙光束在響應(yīng)函數(shù)分別為高斯型和e指數(shù)型的強非局域平板波導(dǎo)中所形成的類矢量空間光孤子。第四章第一節(jié)研究了高斯光束在強非局域?qū)?shù)飽和型介質(zhì)中的傳輸。第二節(jié)分析了高斯光束在摻雜非局域介質(zhì)中的傳輸。第三節(jié)探討了橢圓厄米-高斯光束在響應(yīng)函數(shù)為橢圓高斯型的強非局域非線性介質(zhì)中的傳輸特性,第五章為總結(jié)和展望。具體內(nèi)容如下:第一章:介紹了孤子的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀。對非局域的概念、非局域介質(zhì)種類的劃分、目前已發(fā)現(xiàn)的非局域介質(zhì)、非局域空間光孤子的特點以及研究非局域空間光孤子的方法進行了詳細綜述。第二章:用變分法討論了厄密高斯型雙光束(拉蓋爾高斯型雙光束)在強非局域介質(zhì)中的耦合傳輸,并利用分步傅里葉法對其進行數(shù)值驗證。當入射總功率等于臨界功率時,可以形成厄米(拉蓋爾)高斯型矢量空間光孤子。當入射總功率不等于臨界功率時,光束會作震蕩傳輸,即形成呼吸子。進一步研究發(fā)現(xiàn)一系列由不同階數(shù)的厄米(拉蓋爾)高斯光束組成的耦合光束對都可以形成矢量孤子。這是因為在強非局域介質(zhì)中,總?cè)肷涔β氏嗤牟煌A數(shù)的高階光束對所誘導(dǎo)的非線性折射率相同。第三章:利用變分法討論了非相干正交極化雙光束在響應(yīng)函數(shù)分別為高斯型和e指數(shù)型的非局域平板波導(dǎo)中的傳輸特性,得到了光束各參量的演化方程。進而討論了耦合系數(shù)、入射功率、雙折射和非局域程度對互陷傳輸?shù)挠绊�。我們發(fā)現(xiàn),因為雙光束所受到的非線性折射率不同導(dǎo)致它們各自的相位變化不同,并因此在雙光束之間產(chǎn)生了相位差。這一理論結(jié)果在基于相位差的光開關(guān)和邏輯門方面具有一定的應(yīng)用價值。而且在一定條件下,耦合雙光束束寬可以在傳輸過程中保持不變,形成類矢量孤子傳輸。第四章分為三節(jié)。首先是對強非局域?qū)?shù)飽和型非線性薛定諤方程所對應(yīng)的拉格朗日密度函數(shù)進行變分求解,得到了光束各參量的演化方程,進而求出光束束寬演化的二階微分方程,并由此得到了一個臨界束寬。當初始束寬等于臨界束寬,并且從束腰位置入射時,光束在傳輸過程中能保持束寬大小不變,即形成空間光孤子。最后,對一般情形下高斯光束的演化規(guī)律進行了分析,發(fā)現(xiàn)可以形成束寬振蕩傳輸?shù)暮粑?并且光束的初始狀態(tài)將直接影響著光束束寬的振蕩深度。比較了強非局域?qū)?shù)飽和型空間光孤子與強非局域克爾型空間光孤子的異同。其次研究了高斯光束在摻雜非局域介質(zhì)中的傳輸,分析了非局域程度和非線性系數(shù)對光束傳輸?shù)挠绊懸约靶纬晒伦铀枰臈l件。最后一節(jié)探討了橢圓厄米-高斯光束在響應(yīng)函數(shù)為橢圓高斯型的強非局域非線性介質(zhì)中的傳輸特性,導(dǎo)出了光束各參量的演化方程和形成空間光孤子在垂直于傳輸方向(即垂直于z軸的x,y方向)上所對應(yīng)的臨界功率。進而利用分步傅里葉法對其進行驗證,發(fā)現(xiàn)變分解和數(shù)值解符合的較好。但是數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)單方向的孤子并不穩(wěn)定,這是因為另一方向的震蕩束寬會對折射率造成一定擾動。由于介質(zhì)的各向異性,高階橢圓孤子也不是很穩(wěn)定。第五章:總結(jié)和展望。首先總結(jié)了本文的研究成果,分析其不足之處,并展望本人的研究計劃及非局域孤子未來可能的研究熱點。
【關(guān)鍵詞】：非線性光學 非局域介質(zhì) 矢量空間光孤子 高階空間光孤子
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O437
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-15
• 第一章 緒論15-54
• 1.1 孤子發(fā)展史15-16
• 1.2 光孤子及其分類16-18
• 1.2.1 時間光孤子16-17
• 1.2.2 空間光孤子17-18
• 1.2.3 時空光孤子18
• 1.3 各種各樣的空間光孤子18-21
• 1.4 非局域概念及其研究簡介21-24
• 1.4.1 非局域的概念21-22
• 1.4.2 非局域空間光孤子研究簡介22-24
• 1.5 孤子相互作用24-29
• 1.5.1 相干相互作用25-26
• 1.5.2 非相干相互作用26
• 1.5.3 非局域空間光孤子的相互作用26-29
• 1.6 非局域空間光孤子的實驗研究29-37
• 1.6.1 液晶中的非局域空間光孤子的實驗研究29-33
• 1.6.2 鉛玻璃中非局域空間光孤子的實驗研究33-36
• 1.6.3 非局域暗孤子的實驗研究36-37
• 1.7 高階空間光孤子研究現(xiàn)狀37-44
• 1.8 矢量孤子發(fā)展史及其研究現(xiàn)狀44-50
• 1.8.1 矢量孤子發(fā)展史44-46
• 1.8.2 非局域矢量空間光孤子的研究現(xiàn)狀46-50
• 1.9 非局域非線性薛定諤方程的研究方法50-51
• 1.10 本論文研究的主要內(nèi)容及安排51-54
• 第二章 強非局域高階矢量空間光孤子54-76
• 2.1 引言54
• 2.2 強非局域厄密高斯型矢量空間光孤子54-64
• 2.2.1 理論模型及變分過程54-56
• 2.2.2 數(shù)值結(jié)果56-62
• 2.2.2.1 厄密高斯型矢量呼吸子57-58
• 2.2.2.2 厄密高斯型矢量空間光孤子58-60
• 2.2.2.3 不同階數(shù)的厄密高斯型矢量空間光孤子60-62
• 2.2.3 光束各參量的演化規(guī)律62-63
• 2.2.4 總結(jié)63-64
• 2.3 強非局域拉蓋爾高斯型矢量空間光孤子64-76
• 2.3.1 理論模型及變分過程64-66
• 2.3.2 強非局域拉蓋爾高斯型矢量空間光孤子66-72
• 2.3.2.1 耦合拉蓋爾光束各參量演化規(guī)律66-67
• 2.3.2.2 拉蓋爾高斯型矢量呼吸子和孤子67-70
• 2.3.2.3 一系列由不同階數(shù)拉蓋爾高斯型光束對組成的矢量孤子70-72
• 2.3.3 拉蓋爾高斯型光束對在不同非局域介質(zhì)中的傳輸72-75
• 2.3.4 總結(jié)75-76
• 第三章 強非局域介質(zhì)中類矢量孤子76-95
• 3.1 引言76
• 3.2 響應(yīng)函數(shù)為高斯型的強非局域介質(zhì)中耦合雙光束互陷傳輸76-86
• 3.2.1 理論模型和變分研究76-81
• 3.2.2 雙光束之間的相位差的研究81-84
• 3.2.3 總結(jié)84-86
• 3.3 響應(yīng)函數(shù)為e指數(shù)型的強非局域介質(zhì)中耦合雙光束互陷傳輸86-95
• 3.3.1 理論模型和變分計算86-87
• 3.3.2 響應(yīng)函數(shù)為e指數(shù)型的強非局域介質(zhì)中的矢量空間光孤子87-90
• 3.3.3 類孤子傳輸和雙光束之間的相位差90-92
• 3.3.4 雙光束在響應(yīng)函數(shù)分別為高斯型和e指數(shù)型的非局域介質(zhì)中傳輸?shù)谋容^92-94
• 3.3.4.1 非線性折射率和相移的比較93
• 3.3.4.2 相位差的比較93-94
• 3.3.5 總結(jié)94-95
• 第四章 若干唯像非局域模型中空間光孤子傳輸?shù)睦碚撗芯?/span>95-118
• 4.1 強非局域?qū)?shù)飽和型空間光孤子95-102
• 4.1.1 引言95
• 4.1.2 理論模型及變分計算95-98
• 4.1.3 結(jié)果分析98-101
• 4.1.3.1 強非局域?qū)?shù)飽和型空間光孤子的形成條件98
• 4.1.3.2 光束的震蕩傳輸及其勢函數(shù)分析98-100
• 4.1.3.3 與非局域克爾型空間光孤子的異同及原因分析100-101
• 4.1.4 總結(jié)101-102
• 4.2 摻雜非局域介質(zhì)中高斯光束傳輸特性102-109
• 4.2.1 引言102
• 4.2.2 理論模型和變分過程102-104
• 4.2.3 結(jié)果討論和數(shù)值驗證104-108
• 4.2.3.1“聚焦-聚焦”型摻雜非局域介質(zhì)104-106
• 4.2.3.2“聚焦-散焦”型摻雜非局域介質(zhì)106-108
• 4.2.4 總結(jié)108-109
• 4.3 橢圓厄密高斯型空間光孤子109-118
• 4.3.1 引言109-110
• 4.3.2 理論模型和變分計算110-111
• 4.3.3 數(shù)值模擬111-117
• 4.3.3.1 (00)階橢圓厄米高斯型孤子和單方向孤子111-115
• 4.3.3.2 不同階數(shù)橢圓厄米高斯型空間光孤子115-116
• 4.3.3.3 非局域程度對橢圓厄米高斯光束傳輸?shù)挠绊?/span>116-117
• 4.3.4 總結(jié)117-118
• 第五章 總結(jié)和展望118-121
• 5.1 總結(jié)118-119
• 5.2 不足之處119-120
• 5.3 展望120-121
• 參考文獻121-129
• 致謝129-130
• 攻讀博士學位期間的研究成果130-131

  本文關(guān)鍵詞：強非局域矢量空間光孤子，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：472024