非均匀梯度折射率波导中自相似光波的形成和管理

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近年来,自相似光波已经成为人们研究的热点之一,之所以得到如此广泛的关注,是因为其在未来全光器件以及全光通信等领域有着重要的作用。  本文主要以描述空间光波在非均匀梯度折射率波导中传输的变系数非线性薛定谔方程为模型,讨论亮、暗类孤子型自相似光波在不同波导系统中的形成和管理。根据该方程的光学自相似解,我们分别对亮、暗自相似光波在不同波导中的演化行为进行分析和讨论。  具体内容包括以下几个方面:  (1)分别介绍空间光孤子以及自相似光波的研究进展,并阐述自相似光波的特点。  (2)由Maxwell方程导出空间光波在非线性介质中传输的一般理论模型,并通过此理论模型得到具体的空间光波在非均匀梯度折射率波导中的传输方程-变系数非线性薛定谔方程,同时给出该方程的精确亮暗空间类孤子自相似解。  (3)根据光波在非均匀梯度折射率平面波导中的传输方程,以及该方程的精确类孤子自相似解,分别讨论亮、暗自相似光波在克尔非线性平面波导、均匀的梯度折射率平面波导、周期分布的梯度折射率波导和双曲分布的梯度折射率波导中的演化。研究结果发现:自相似光波的形成与波导系统的线性折射率分布和非线性折射率分布有关。在均匀系统和双曲分布的系统中,都可实现对自相似光波的压缩和放大,但在双曲分布系统中,自相似光波的传输距离会受到很大地限制。在周期振荡系统中,则可形成周期振荡且稳定传输的自相似光波。  (4)另外我们通过数值模拟的方法,讨论在非均匀梯度折射率波导中,加载在超高斯背景波上的暗自相似光波的演化动力学行为。我们主要讨论暗自相似光波在自聚焦和自散焦两种系统中的传输以及相邻两暗自相似波之间的相互作用。结果表明:在自散焦波导中,暗自相似光波的宽度被压缩而强度增大。当相邻两暗自相似光波的间距足够小时,两光束会发生排斥。在自聚焦波导中,暗自相似光波会展宽并且会分裂出许多细小的光束。当相邻两暗自相似光波的间距足够小时,两光波会汇聚成一束,而产生的细小亮光束则会平行的传播。
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