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一维Kerr光晶格中空间孤子的研究具有重要的科学意义和应用价值。特别是,由于光晶格独特的性质,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,在光通讯上有重要的用途。本文通过解析和数值方法对一维Kerr光晶格中空间孤子的传输和控制展开研究,获得了一些创新性的研究结果。
首先,以非线性薛定谔方程中的尺度竞争理论和等价粒子方法理论为基础,研究了一维Kerr光晶格中空间孤子稳定传播的条件以及空间孤子开关的形成机理。当空间周期势的振幅很小时,空间孤子能够像等价粒子一样在光晶格中稳定传播。进一步研究发现,在空间周期势的振幅很小情形下,孤子宽度与空间周期势的波长之间的尺度竞争可以导致孤子传播过程中的能量辐射但不会导致孤子崩溃。这一传播特性可以用于实现孤子开关。
然后,研究了带有纵向调制的光晶格在孤子开关方面的优势。研究表明,在相同孤子形态和相同入射角的条件下,带有纵向调制的光晶格中孤子开关的信道数目会大于无纵向调制的光晶格中孤子开关的信道数目,并且两种光晶格中的开关效率几乎是相同的。这正是带有纵向调制的光晶格在孤子开关的应用方面的优势所在。孤子开关可以通过入射角度、纵向调制的渐近率、调制深度、孤子形状因子等初始条件得到有效控制。
最后,研究了新型光晶格,即非线性系数调制形成的光晶格中的孤子控制。一方面,在浅的光晶格中,由于能量损耗可以忽略,孤子的传播是简单的,规则的。当孤子光束的入射角大于该临界角时能够跨过中心波导在光晶格中传播,而在入射角小于临界角时会被局域在中心波导中。另一方面,大的晶格深度的光晶格可以用于实现孤子开关。此外,在该光晶格中临界角与入射孤子的形状因子成正比。这意味着对于大的形状因子的孤子而言,即使很浅的光晶格也能够俘获它。这在多孤子束缚态分裂中有着特别的应用。