负折射介质中超短脉冲的反常分裂现象

对超短脉冲在负折射介质中的传输特性进行了研究,着重分析其不同于常规介质的反常脉冲分裂现象。结果表明:由于负的折射率影响,介质将通过反常群速度色散与自散焦非线性的相互作用机理来诱导脉冲的对称分裂。同时,分析由色散磁导率所导致的可控自陡效应对脉冲分裂的影响,发现负折射介质中正负的自陡效应都会引脉冲非对称分裂。其中负的自陡效导致脉冲裂变后其后沿比前沿高,这与常规介质自陡效应(恒为正)情形相同;而负折射介质正的自陡效应对脉冲分裂影响刚好与前者相反,即裂变后脉冲后沿比前沿低。

三维负折射介质的FDTD仿真方法研究

负折射介质有着特殊的电磁特性，将其应用到现代微波系统设计中可以大幅度的提高系统的带宽和增益特性，因此对它的仿真算法研究也备受人们关注。在传统时域有限差分算法模型下结合Drude等离子体计算模型来仿真负折射介质，并将其拓展到三维，研究散射体在涂敷该介质时的近区场特性，修正电流磁流的剖分方法，并比较修正前后的误差。

负折射介质中可控自陡峭效应对孤子传输的影响

研究了具有非线性极化的负折射介质中孤子脉冲的传输特性,着重分析了在常规非线性传输模型中不曾出现的由负折射介质色散磁导率导致的可控自陡峭效应对孤子传输的影响.结果表明,与正自陡峭效应一样,负自陡峭效应同样造成孤子脉冲的非对称、中心偏移和高阶孤子衰减,但脉冲偏移的方向与正自陡峭效应情形相反.此外,利用可控自陡峭效应可以从某种程度上抵消三阶色散效应导致的孤子脉冲偏移,从而实现孤子脉冲中心的无偏移传输.

负折射介质中孤波间相互作用

以描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化非线性薛定谔方程为模型,采用对称分步傅里叶算法研究了负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.数值模拟发现:当孤波的初始频移为零时,亮孤波间的相互作用与常规介质中类似;当孤波的初始频移不为零时,其传输速度和相互作用明显受三阶色散和自陡峭效应的影响,主要表现为相互排斥.而负折射介质中暗孤波间的相互作用与常规介质中的相互作用类似,无论暗孤波是否存在初始频移,暗孤波间的相互作用在三阶色散和自陡峭的影响下都表现为相互排斥.结果表明,通过调节三阶色散和自陡峭系数可以在一定程度上抑制负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.该研究结果为负折射介质在未来高速通信中的应用提供了理论依据.

负折射介质中高阶非线性效应所致啁啾的研究

利用分步傅里叶法对负折射介质中的广义非线性薛定谔方程进行数值模拟,进而分别得到自相位调制、赝五阶非线性、自陡峭、二阶非线性色散所致啁啾及各项非线性所致总啁啾的演变图。从啁啾上分析了负折射介质中各项非线性效应在脉冲传输时的作用,结果表明:负折射介质中,自陡系数取值的正负可控使脉冲中心位置可向前后沿偏移;在正常色散区,赝五阶非线性系数为负时加速脉冲的展宽,二阶非线性色散项系数取正时使脉冲展宽,取负时使脉冲变窄。

负折射介质中三阶非线性色散项对超短脉冲传输的影响

采用分步傅里叶法研究了三阶非线性色散项对超短脉冲传输的影响.通过模拟数值计算得出,在德鲁德模型频率选取的一定范围内,三阶非线性色散项对超短脉冲传输所造成的影响是不可忽略的.结果表明:三阶非线性色散项系数取负值时,在正常色散区超短脉冲不对称展宽,脉冲中心向前沿偏移;在零色散点超短脉冲不对称展宽程度加剧并在脉冲前沿形成振荡,脉冲中心向前沿偏移;在反常色散区超短脉冲不对称变窄,脉冲中心仍向前沿偏移.

分步傅里叶法研究负折射介质中超短脉冲的传输

采用分步傅里叶法来研究负折射介质中超短脉冲的传输特性,分析了超短脉冲在负折射介质中传输时所体现出来的新特点。结果表明,在正常色散区,二阶非线性色散系数为负时使脉冲变窄,而且它对脉冲影响的程度是随着传输距离不断变化的,影响越来越小;赝五阶非线性系数为负时使脉冲展宽,但与二阶非线性色散项相比影响较小;而自陡系数取值的可正、可负出现了使脉冲在传输过程中其中心位置前后沿均可偏移的现象。

双曲正弦高斯光束在梯度折射介质中的传输

为了研究双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导了光束强度分布解析表达式,据此结合空间二阶矩定义得到了束腰宽度和位置的解析表达式,并对光束强度分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置进行了数值计算和分析。结果表明,轴向光强分布呈周期性变化,横向光场分布受梯度折射系数和光束参量影响,通过对这些参量的适当调整,可以改变光斑尺寸和束腰位置。

负折射介质中啁啾暗孤立波的传输特性研究

本文求解了描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化薛定谔方程,发现负折射介质中可以存在一种非线性啁啾暗孤波。结合负折射介质的特性,详细研究了该啁啾暗孤波的形成条件和传输特性。结果发现,与普通介质中的暗孤波不同,该啁啾暗孤波只能存在于介质的反常色散区,且孤波的速度影响其啁啾和幅度。另外,我们数值研究了该啁啾暗孤波在诸如频率偏移、功率波动和噪声干扰下的稳定性,结果表明,这种啁啾暗孤波在有限的扰动下具有很好的稳定性。

将科学前沿融入物理教学——以介质折射率为例

采用经典电子理论和麦克斯韦电磁场理论阐述了介质折射率的概念及光学介质色散和吸收形成的物理原因;给出了一种常规材料在电磁波全域范围内的折射率分布,使学生对折射率在全域范围的分布有一个感性认识;简单介绍了负折射率材料和零折射率材料两种科学前沿领域的非常规折射率材料。将科学前沿知识融入介质折射率的教学中,对折射率常规概念进行了扩展,以期促进和提高大学物理教学质量。

负折射介质中非线性色散效应对调制不稳定性的影响

研究了负折射介质中非线性色散效应对调制不稳定性的影响,揭示了若干新的不稳定性现象。得到了有任意高阶线性与非线性色散效应情形下调制不稳定性增益谱的表达式,结果表明:所有偶次非线性色散不但会影响原来的不稳定性,而且可能会导致新的不稳定性区域;而所有的奇次非线性色散将始终抑制调制不稳定性,且与其符号的正负无关。进一步研究了由色散磁导率所诱导的二阶非线性色散效应对调制不稳定性的影响。研究发现它不但能使在常规介质中不可能出现的调制不稳定性现象也能出现,而且可能会导致在无限带宽的调制频率范围内发生新的不稳定性现象,且其增益值将随调制频率的增大而单调增大。

高阶色散下饱和非线性负折射介质中的调制不稳定性

直接从负折射介质中包含高阶色散及饱和非线性效应的扩展非线性传输方程出发，采用线性稳定性分析法和德鲁德电磁模式，导出了调制不稳定性的色散关系和增益谱公式。考虑到今后的实验验证，以实际单位的形式计算了方程系数随归一化角频率的变化规律。再以实际单位的形式计算并讨论了增益谱随归一化角频率和归一化入射光强的变化关系。结果表明，当归一化角频率固定时，截止频率及峰值增益都随归一化入射光强的增加先增加后减少，归一化角频率不同，截止频率及峰值增益也不同，在靠近禁带处，增益谱远离零点。当归一化入射光强固定时，截止频率及峰值增益随归一化角频率的增加而增加，当归一化角频率增大到靠近禁带时，增益谱由紧挨零点变成远离零点。

拉曼效应对负折射介质中超短脉冲传输的影响

通过数值法对包含拉曼延迟响应的(3+1)维非线性薛定谔方程进行求解,研究了超短脉冲激光在负折射介质中传输时拉曼效应对自聚焦传输特性的影响,着重分析其不同与常规介质的反常传输现象。结果表明:由于负的折射率影响,拉曼效应将导致超短脉冲在自聚焦过程中频谱发生蓝移现象,这与常规介质对应情形相反;而它对负折射介质中超短脉冲的自聚焦特性的影响与常规介质相同,即拉曼效应将诱导自聚焦效应首先发生在脉冲的前沿。本文研究工作对将来利用负折射介质来操控超短光脉冲串产生、自聚焦等许多实际应用领域研究具有重要的指导意义。

负折射率介质光子晶体光纤带隙结构的研究

提出了一种新型结构的负折射率介质光子晶体光纤,采用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体光纤的带隙结构,研究了负折射率变化与负正折射率介质比变化对光子带隙结构的影响。分析结果表明,负折射率介质的光子晶体光纤的带隙数量和宽度随折射率和介质比变化而变化。取负折射率值为-1.5、负正介质填充比为0.88、空气孔间距为2.6 um时,可得到多条带隙和较大的带隙宽度,实现PBG导光的波长范围为1 225 nm—4 084 nm。

含负折射介质的反向定向耦合器的时空不稳定性研究

研究含负折射介质的不对称反向定向耦合器中的时空调制不稳定性(MI),探讨了输入功率、前向波和后向波功率比和通道间的耦合系数等对时空MI的影响。结果表明:在这种新型耦合器中只有当横向波数超过一定阈值时才会产生MI,增加输入功率或减少前向波和后向波的功率比都会扩大MI增益谱的范围并最终使MI区域重合,而降低耦合器通道间的耦合系数可减少MI的增益峰值但拓宽增益谱的范围。负折射介质的电磁参数可调谐特性为实现MI的主动调控和孤子的形成提供了新的方法和手段。

负折射率介质光纤的导模异常特性分析

对芯层为负折射率介质,敷层为普通介质的光纤的导模进行了研究,并对芯层与敷层介电常数比值(ξ)和磁导率比值(η)变化对导模色散特征的影响进行分析分析表明负折射率光纤具有许多不同于常规光纤的反常特征,如存在表面波模,存在TM00模和TE00模以及存在多个单模传输模式和单模传输区间等同时对负折射率介质光纤的单模传输条件进行了分析。

含负折射率介质非线性Bragg腔的双稳态特性

研究了含负折射率介质一维光子晶体非线性Bragg腔的透射特性、光学增强和双稳态特性·对负折射率介质无色散和有色散非线性Bragg腔及由两种正折射率介质构成的非线性Bragg腔的透射谱、光学增强、缺陷模的线宽、入射光的红移量、双稳态开关阈值进行了比较.含负折射率介质的非线性Bragg腔可显著增大腔内光学增强效应,降低缺陷模的线宽、入射光的红移量和双稳态开关阈值·

余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

为了研究光束在梯度折射率介质中的传输规律,利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输的解析表达式,对余弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数和调制参数对传输特性的影响。结果表明,余弦高斯光束在梯度折射率介质中传输时,轴上光强分布呈现周期性变化,横向光强分布受梯度折射率系数和调制参数影响较大。余弦高斯光束传输时具有不稳定性,通过适当调节参数,可在空间某位置实现余弦高斯光束的整形。

含有负折射率介质层的布喇格镜的光学特性研究

从电磁场理论推导了光波在负折射率介质薄层中的传输矩阵 ,对由正、负折射率介质构成的全介质布喇格反射镜的反射带宽和角度特性进行了分析和讨论 ,与普通的均由正折射率介质构成的布喇格反射镜的相应特性做了对比 ,并根据薄膜理论对研究结果作了解释

平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法,推导出平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时的解析表达式,对平顶高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,讨论了介质梯度折射率系数和光束阶数对传输特性的影响。研究表明,平顶高斯光束在梯度折射率介质中传输时轴上光强分布呈现周期性变化,其周期决定于介质梯度折射率系数,而与光束的阶数无关;轴上峰值处的横向光强分布受梯度折射率系数和光束阶数的影响较大,横向光强的最大值随着梯度折射率系数的增大而增大。