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光折变空间孤子在光通信、光互连、光存储光学器件设计和光计算等领域的广阔应用前景,近十几年,对于光折变空间孤子的研究一直是人们关注的热点。本文是在研究空间孤子的偏转控制时,提出了类行波空间孤子的概念,并主要研究了类行波空间孤子在光折变晶体中的传输与控制。
本文在系统地研究了光折变空间孤子的基本理论的基础上,给出了加偏压的光伏光折变晶体非线性方程简化形式,为研究光束在光折变介质中的传播特性提供了便利,研究了光折变非线性方程的数值处理方法,提出了类Crank-Nicholson有限差分算法,并改进了分步傅里叶变换算法,并用该算法数值地研究了变量分离空间孤子的传播特性。
提出了类行波空间孤子的概念,并给出形成类行波空间孤子的条件。类行波空间孤子的振幅和相位均是组合变量的函数,并且只有亮孤子一种形式。研究发现:类行波空间孤子在晶体中传播时偏离初始的入射方向,偏转角和偏转方向取决于类行波空间孤子的横向相位调制系数,这种特性可以用于对光束的偏转控制。
进一步研究了类行波空间孤子的相互作用。对于相干相互作用,相互作用力的大小与孤子的相对强度、相对间距以及晶体的外加电场的大小有关,孤子的相对强度越大,相对间距越小以及晶体外加电场越强相互作用力越大,同相相吸,反相相斥,当间距较小时只发生有限次碰撞后分开,且能量转移比较明显,多束孤子相干相互作用有光计算的潜在应用。对于非相干相互作用只表现相互吸引,吸引力的大小与孤子间距和晶体外加电场大小有关,当间距较小时会出现交叉扭结现象。
研究了高斯光束在光折变晶体中的演化。研究结果表明,在光折变晶体中高斯光束的振幅和宽度按指数规律变化或者周期振荡,但是其振幅的平方与宽度的乘积保持不变;在一定的条件下光折变晶体中可以支持高斯型孤子,文中给出了高斯光束与亮孤子匹配的近似条件。还研究高斯光束在外加空间调制电场的光折变晶体中的演化,提出了用空间离散分布电场替代线性分布电场。高斯光束在外加空间调制电场的光折变晶体中传播时,其宽度受到外加电场的调制;该特性可以用来对光束的整形。高斯光束对在外加空间调制电场的光折变晶体中的相互作用时同相相吸和反相相斥,由于光束传输受外加电场的调制,可以通过调整外加电场来控制光束的偏转,还可以控制光束平行传输靠得更近,这对用相干光束形成孤子阵列和阵列波导有重要的参考价值。
最后在实验上研究了部分空间非相干光暗空间光伏孤子,暗孤子所感应的波导对部分空间非相干光与激光有导向作用,两个靠近并平行传播的一维部分空间非相干光光伏暗空间孤子感应的波导可以实现能量定向耦合,改变两束暗孤子的间距可以调整能量的耦合效率。