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近几年来阵列波导中的分立衍射和分立孤子的研究引起了人们浓厚的兴趣。分立衍射是由相邻波导之间的线性耦合或倏逝效应引起的,它本质上不同于均匀介质中的线性衍射。当非线性与分立衍射相平衡时就会形成自局域态一分立孤子。但报道的大多数的研究工作都是在线性的固定波导阵列或者线性机制的光感应阵列波导中进行的。在上述的两种阵列波导中的分立孤子,是由探测光通过自相位调制形成的。
在非线性光感应阵列波导(光子晶格)中,当阵列光和探测光都具有很强的非线性时,二者通过非线性互相位调制强烈相互作用。2003年,Desyatnikov等理论预测了在非线性机制的一维阵列波导中,同偏振但彼此非相干的探测光和阵列光相互作用能够形成一种新型的空间空间孤子即复合态隙孤子。2004人们实验观察了在二维非线性光感应光子晶格中由彼此互不相干的周期光束和一维局域光束的强耦合产生的一维复合孤子条的形成。
在光感应阵列波导中,其△n比光子晶体小几倍,并且缺陷模的线性本征值问题也不同于光子晶体。因此光感应阵列波导中的缺陷模问题引起了人们的兴趣。理论研究发现,如果阵列波导中的负缺陷有适当的深度而且探测光和负缺陷相位匹配,由于重复布拉格反射,阵列波导中的负缺陷就能够俘获探测光,形成缺陷模。
我们在LiNbO3:Fe晶体中利用自散焦光生伏打非线性,通过光感应制作了非线性一维光子晶格,当阵列光和探测光都是异常偏振光而且彼此互不相干时,在适当的光强比条件下,我们首次在其中观察到了两种类型的一维复合态空间分立孤子。当高斯型探测光束垂直入射时,对应于正常衍射,我们观察到了同位相复合态暗空间分立孤子。这是因为探测光和阵列光共同作用,通过自散焦效应局部地改变了光子晶格的折射率,在布拉格带隙中形成了一个很深的负缺陷,由于重复布拉格反射存在的局域缺陷模陷获了探测光,最终形成了分立暗孤子,因此这种分立孤子也是缺陷模孤子。当高斯型探测光以布拉格角度入射以及类偶极子结构的探测光垂直入射时,对应于反常衍射,我们观察到了在布拉格带隙中的反位相的复合态亮空间带隙孤子。在高斯型探测光束垂直于阵列波导入射和以布拉格角度入射时,我们分别在奇对称入射条件和偶对称入射条件下观察了奇、偶对称的复合态分立孤子的形成以及它们不同的稳定性。最后我们实验研究了高光强探测光垂直于阵列波导入射时形成的奇对称和偶对称分立孤子的不稳定性,发现前者的稳定性要好于后者。