光伏孤子是指在块状光折变材料的光生伏打电场的作用下形成的一种空间光孤子,它的产生不需要外加电场。当一束光射入光伏光折变材料中,材料内部会产生很强的光生伏打电场,该电场通过线性电光效应使光照区折射率发生变化,产生类透镜效应,使光束发生自陷,进而形成光伏空间孤子。光伏空间孤子形成只需很低功率的入射光强,并能形成稳定的二维光强分布,它在集成光学、光信息处理以及光通信等领域有着广阔的应用前景。现在,光伏空间孤子已成为非线性光学领域前沿研究热点之一。 论文首先在存在光伏效应条件下,从光折变动力学方程出发,推导出了光束在光伏光折变晶体中的一维波动方程,给出了光伏明、暗孤子的数值积分表达式。从理论上证明了光伏孤子起源于光伏效应,讨论了光伏空间孤子(亮、暗)的形成条件,只有当α>0时,即光伏场的电场方向与晶体光轴方向相同时,光伏光折变晶体中才能形成光伏明孤子。只有α<0,即光伏电场的方向和晶体光轴的方向相反时,光伏光折变晶体中就能形成暗光伏空间光孤子。孤子的形成还和孤子的初始振幅有关系,当入射光束强度幅值和晶体自身暗辐射之比超出一定限度的时候,孤子不存在。 论文发展了光伏空间孤子的自偏转理论,用微扰法研究了光伏明空间孤子的自偏转特性,并且对计算结果进行讨论。结果表明,亮孤子光束中心的运动轨迹为抛物线,并且其空间频率分量都随传播距离而线性移动。本文给出了小振幅条件下光折变晶体中亮、暗光伏孤子的解析解、孤子宽度以及起源于扩散效应的光伏孤子自弯曲程度的显式表达式。 本文在忽略扩散效应的条件下,通过求解包含损耗因子在内的光波演化方程,研究了损耗对光伏明暗空间孤子演化特性的影响,得到了暗孤子解,分析了这种孤子波在有耗介质中传播时的演化特性。得到了晶体中的小损耗使得孤子的振幅随传输距离ξ衰减,孤子的中心位置发生了漂移,而孤子的脉宽随传输距离ξ在展宽,孤子的振幅随传输距离ξ按照exp(-2Γξ)作指数衰减,脉宽按照exp(2Γξ)作指数展宽。因此在存在损耗时,光伏暗孤子的振幅与脉宽的乘积守恒(被称为绝热关系式),即有暗孤子的面积守恒,这说明在传输过程中对暗孤子进行放大的同时,其形状将自动恢复。最后根据光伏光孤子的特性,探讨了它在光控光和孤子开关上的可行性,数值模拟结果表示,在合适的温度下一定初始条件的光伏光孤子才能稳定传输。基于这我们可以设计温控光伏孤子开关。