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近年来,光学孤子吸引了众多的研究.光学孤子是光频光场与物质的非线性相互作用的结果,分为时间光孤子和空间光孤子两种.时间光孤子是光脉冲在光纤中诱导的自相位调制抵消了由群速度色散引起的脉冲扩展的一个结果.而空间光孤子是连续光束诱导的空间波导恰好抵消光束衍射的结果.光学孤子研究不仅大大地丰富了人们对光与材料相互作用的物理机制的认识,而且具有巨大的潜在应用价值.例如,贝尔实验室的L.F.Mollenaner,R.H.Stolen和J.Gordon等人提出,在石英光纤上可利用时间光孤子来提升光通信系统.利用空间光孤子实现光开关和路由器的设想近年来也不断地在文献中出现.可以想像,随着对光孤子研究的深入,光孤子将有更多的应用可能.
本毕业论文主要研究非局域空间光孤子.在局域材料中,空间某一点处的非线性折射率仅与该点的光强有关.与此不同,在非局域材料中,空间某点的非线性折射率不仅与该点处的光强有关,而且跟该点附近所有点上的光强有关,在非局域非线性材料中形成的空间光孤子具有很多不同于在局域材料中形成的空间孤子的性质,例如:非局域空间亮孤子的光功率和相位传播常数强烈地依赖于非局域程度和非局域响应的特点;强非局域空间亮孤子可以具有高阶的定态孤子;非局域空间孤子具有稳定的高维孤子;不管相位差如何,两空间亮孤子在强非局域材料中的相干相互作用总是相互吸引;两空间暗孤子在非局域材料中可相互吸引,形成一个束缚态;非局域灰孤子的允许的最大横向速度强烈地依赖于非局域程度和非局域响应的特点.这些相异于局域孤子的性质为空间光孤子的应用带来更多的可能.
本毕业论文的主要研究对象是克尔型非局域空间孤子,由下面几个部分组成:
第1章:回顾孤子研究的历史,介绍了光孤子研究在当前的若干发展,对近年来关于非局域空间光学孤子的实验和理论研究现状作了较详细的综述.
第2章的主旨在于为以后各章节建立一个基础.首先在旁轴近似下推导出单色连续光束的稳态演化方程。非线性薛定谔方程.其次介绍了一些与空间光孤子有关的非线性现象,包括:局域克尔介质的非线性折射率;二维光折变材料中的各向异性的非局域非线性折射率;向列型液晶的非局域非线性折射率;热致非局域非线性折射率。
第3章:在不同非局域程度下讨论了如何求解(1+1)维的克尔型非局域非线性薛定谔方程的亮孤子解,在此基础下对亮孤子的光功率和相位常数如何依赖于非局域程度和非局域响应特性进行了研究。
第4章:讨论了作为哈密顿系统的克尔型非局域非线性薛定谔方程的几个守恒量:光子粒子数(光功率)守恒,哈密顿量守恒,空间动量守恒,角动量守恒.
第5章:研究(1+1)维非局域空间孤子的相干相互作用,提出如何通过改变两相干相互作用空间孤子的初始条件来实现光控光的方法,通过实验验证了上述结果.
第6章:提出了如何计算强非局域下的(1+2)维空间孤子.对向列型液晶中的(1+2)维强非局域空间孤子进行了详细的讨论.
第7章:对(1+1)维非局域暗孤子和灰孤子进行了数值求解,发现非局域灰孤子的最大横向速度强烈地依赖于非局域响应的性质.
第8章:最后总结已完成的工作以及对未来工作的展望.