损耗对格子孤子传输的影响及其补偿研究

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研究周期性光学结构中光信息流传输的方法和技术,具有重要的科学意义和应用价值。特别是,由于周期性光学格子独特的性质,使得它可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能器件,在光通信上有重要的用途。本文利用解析和数值方法研究在具有横向折射率周期性调制的克尔型非线性光学格子中孤子的传输,做出了一些创新性的研究结果:得出了高斯光束形成格子孤子的条件并分析了介质损耗对孤子传输的影响。根据非线性光学格子中孤子传输所遵循的偏微分方程,利用变分法推导出了格子孤子主要参量的演化方程,在此基础上分析了介质损耗对孤子传输的影响。研究发现,在不同的参数条件下,格子孤子可以具有不同的传输方式,由于介质损耗引起的非线性效应衰减使得非线性效应与衍射效应逐渐失去平衡,光束不断被展宽,最终破坏了孤子的稳定传输。这类似于光孤子在光纤中传输时损耗对孤子的影响。此外,提出并理论证明一种补偿介质损耗从而维持格子孤子传输的方案,这种方案采用调制深度缓变,即改变传输方向上的调制深度,来补偿介质损耗从而维持非线性效应和衍射效应的动态平衡。利用变分法得到了介质具有线性损耗的情况下光学格子中高斯光束形成孤子的条件以及传输过程中光束的演化方程,发现介质损耗和折射率调制深度对格子孤子形成和保持孤子稳定传输有重要影响。当折射率调制深度与介质损耗满足一定关系式时,可以维持传输过程中衍射和非线性效应的精确平衡,从而形成格子孤子。数值模拟直观地反映了格子孤子的传输特性,同时也验证了我们的理论解析结果。
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