微扰变分法对光折变空间孤子相互作用的研究

利用微扰变分法研究了光折变屏蔽孤子的相干相互作用,得出了光折变空间屏蔽孤子在晶体中同相相互作用时发生第一次碰撞的位置和碰撞周期解析表达式,并对孤子同相和反相相互作用的物理机制进行了分析.研究结果表明:当两孤子尾部交叠时就会发生相互作用,相互作用力的大小与孤子的相对强度、相对间距以及晶体外加电场的大小有关.孤子的相对强度越大、相对间距越小以及晶体外加电场越强,孤子间相互作用力越大;相互作用力的性质与初始相位差有关,同相相互吸引,反相相互排斥.

非局域空间光孤子的理论研究进展(3)——相互作用篇

非局域空间孤子的演化过程由非局域非线性薛定谔方程描述,一般情况下很难得到其相互作用过程的精确解析解,而只能退而求其近似解(比如通过变分法或者数值解)。但是,由于强非局域非线性介质的独特性质,强非局域空间光孤子由线性模型描述,其相互作用过程的求解变得相对简单。利用线性叠加原理,可以巧妙地构造出强非局域介质中双光束相互作用问题的精确解析解。指出了利用强非局域空间光孤子的相互作用特性实现全光开关的潜在可能性。

光折变空间孤子及相互作用研究进展

介绍了不同类型光折变空间孤子的概念及其物理特性,描述并分析了标量孤子之间的相干和非相干相互作用行为,以及矢量孤子间的相互作用,最后还展望了它们的应用前景.

空间光孤子之间相互作用的数值研究

从麦克斯韦方程组出发,考虑光波介质的各向同性,在慢变包络近似下,得到了一般情况下的(1+1)维非线性薛定谔方程;研究了一维自聚焦介质中线性聚焦和散焦效应对空间孤子之间相互作用的影响;并讨论了不同条件下空间光孤子之间的相互作用.

非局域空间光孤子相互作用的研究进展

综述了近些年来光束在非局域非线性介质中相互作用的研究进展。研究发现功率、孤子间距、孤子束宽、非局域程度、相位、外置偏压等因素对孤子的相互作用均会产生影响,最后提出一些不足之处与研究展望,可为实现光路由、全光开关以及光逻辑门等提供可行性的参考。

温度对双光子光折变屏蔽光伏亮孤子相互作用的影响

为了得到温度对外加电场的双光子光伏光折变介质中屏蔽光伏亮孤子之间相互作用的影响结果,将两束相干光束作为入射波,在不同温度下采用数值方法求解波传播方程。结果表明:室温下两个同相位孤子波的相互作用随温度变化伴有融合现象,当温度升高到350 K时两孤子可融合成一束稳定的孤子波;两个反相孤子相互排斥现象随温度变化而增强;相位差为π/2的两孤子,其相互作用随温度变化过程中有更多的能量转移,同时两孤子间的排斥现象随温度变化而增强。温度变化足够大时,两孤子作用过程中将发生崩溃现象。

扩散对非相干耦合屏蔽光伏亮孤子之间相互作用的影响

为了得到扩散效应对非相干耦合屏蔽光伏亮-亮孤子对相互作用的影响的结果,将两束互不相干的光束做为入射波,采用数值方法求解有扩散的波传播方程。结果表明,当两孤子中心间距适当的条件下,非相干屏蔽光伏亮孤子对之间发生相互吸引和缠绕现象;如果两孤子间距过大或过小时,孤子之间没有相互作用。扩散效应使两孤子光束整体向同一方向偏转。

双光子光折变屏蔽光伏亮孤子相互作用研究

为了得到双光子光折变屏蔽光伏亮孤子相互作用的结果,采用数值模拟方法,对外加电场的双光子光伏光折变介质中屏蔽光伏亮孤子的相互作用进行了理论研究。结果表明:同相位的两孤子相互吸引,并伴有融合现象,且发生融合时的作用距离随孤子初始间距的增大而增大;相位相反的两孤子相互排斥,排斥作用随孤子初始间距的减小而增强;当两孤子的相位差位于区间(0,π)和(π,2π)中时,其作用过程中伴有能量的转移,两区间中能量转移方向相反。在扩散效应影响下,同相位两孤子的相互作用不再是原来的融合,而是趋于分离,且光束之间存在能量耦合;相位相反的两孤子的相互作用不再是相互排斥,而是既互相排斥,同时又向同侧偏转。

扩散效应对相干屏蔽光伏孤子对相互作用的影响

为了研究扩散效应对相干屏蔽光伏孤子对相互作用的影响。将两个平行传播相干屏蔽光伏孤子光束作为入射波,采用数值方法求解有扩散效应的波传播方程。结果表明,在扩散效应影响下,两相干屏蔽光伏孤子光束同相相互作用不是原来融合,而是使它们趋于分离,且光束之间存在能量的耦合;异相孤子的相互作用不再是简单的相互排斥,在一定的条件下,两束孤子光束既互相排斥,又同时向同侧偏转。

光折变类行波孤子的相干相互作用研究

用数值的方法求解了光折变非线性方程,研究了类行波空间孤子相干相互作用的规律。结果表明:类行波孤子的相干相互作用有许多新特性,类行波本身的自弯曲现象导致了相互作用后轨迹的稍微弯曲,当横向相位调制系数|ve|相同时孤子至少发生一次碰撞,且碰撞时光场相干相长,因此碰撞处光强最大;当|ve|不同时类似于粒子的碰撞,并伴随能量转移,能量转移的大小和方向由碰撞发生时的相位差决定;多束类行波孤子的相干相互作用,具有光计算的潜在应用.

光折变类行波孤子的非相干相互作用研究

利用数值的方法求解了光折变非线性方程,研究了类行波空间孤子非相干相互作用的规律。结果表明:类行波孤子的非相干相互作用表现为相互吸引,并伴有能量耦合,两束非相干类行波孤子在晶体中形成Y型波导,同时互相导引部分光能量。当初始间距较大时,两束光并行传播,传播一定距离后越来越多能量耦合到另一束光诱导的波导中;当两束类行波孤子初始间距较小时,两束光会来回交叉扭结在一起;当两束光的间距进一步减小时,两束光相互吸引相遇,然后交叉而过。

加偏压光伏光折变晶体中空间灰孤子的时间特性

基于加偏压的光伏光折变介质中的时间特性的带输运模型,对屏蔽光伏空间灰孤子进行了理论研究。通过对这些时间特性的比较,结果显示能获得准稳态和稳态屏蔽光伏空间灰孤子。研究表明:当孤子的峰值强度与暗辐射的比值较大时,孤子的半峰宽度先是随时间增加递减到一个最小值,然后又开始增加到一个稳定的常数值。在相同的演化时间内,孤子的半峰全宽随着孤子灰度的增大而增大。在外加电场不存在的情况下,可以得到闭路光伏灰孤子的时间特性;当外加电场足够强可忽略光伏效应时,可得到屏蔽灰孤子的时间特性。

中心对称光折变小光强空间明孤子的温度特性

基于小光强条件下中心对称光折变材料中空间孤子的解析结果,结合光折变材料中暗辐射强度温度特性表达式,数值分析了这种空间明孤子的温度特性,结果表明,当温度改变时,孤子的包络强度和宽度将发生变化。调控温度是改变孤子空间形态的重要手段之一。

光折变空间暗孤子特性研究

给出了有偏压的光伏空间孤子的简化波方程,具有与屏蔽空间孤子波方程相同的形式。提出了利用有限差分方法中的类Crank-Nicholson格式数值方法研究了稳态的有偏压的光伏空间暗孤子的传播特性。数值结果表明:暗空间孤子稳定性较弱,即暗空间孤子只能够克服较小的微扰,当微扰较大时,暗孤子呈现发散,分裂等趋势;当考虑晶体的损耗时,暗空间孤子强度将单调衰减,宽度将单调增加;当考虑晶体的扩散时,暗空间孤子按照抛物线的轨迹偏转;高阶暗孤子的传播特性与孤子的阶数有关。

超常介质中空间光孤子传输特性研究

为扩展传统非线性光学领域,促进全新光电子器件形成、发展,以空间光孤子为研究对象,探讨空间光孤子在超常介质中的传输特性。利用电场强度与电位移矢量、磁场强度矢量与磁感应强度矢量,界定超常介质中电磁波传输形式。将超常介质中的电磁波传输方程从时间域变换至频率域中,分离非线性极化与磁化强度。联立电磁波传输约束条件,在中心频谱附近展开波数、相对介电常数以及相对磁导率,完成逆傅里叶变换与时域电场、磁场传输耦合方程构建。经过标量近似处理,推导出两光束传输特性耦合方程。根据设计的光束传输距离计算流程,实现数值求解。仿真实验阶段中,依据初始光束宽度与超常介质非线性响应函数相关长度比值,设定数值模拟初始条件。模拟交叉相位调制效应下两种状态的传输数值,发现该效应在维持空间光孤子稳态传输方面具有重要作用。

非相干耦合亮-暗屏蔽光伏孤子对的温度特性

在忽略扩散效应情况下 ,讨论了外加电场光伏光折变晶体中的非相干耦合亮 暗屏蔽光伏孤子对的温度特性。当温度一定时 ,晶体中可形成稳定的非相干耦合亮 暗屏蔽光伏孤子对 ,当温度变化时 ,孤子对的包络形状可变到另一稳态。通过改变温度 。

加偏压光伏光折变晶体中低振幅屏蔽光伏明孤子的温度特性

在忽略扩散效应的条件下 ,讨论了加偏压光伏光折变晶体中低振幅屏蔽光伏明孤子的温度特性 当温度一定时 ,晶体中可形成稳态屏蔽光伏明孤子 ,当温度改变时 ,孤子由一稳态变为另一稳态 通过适当调节温度 。

温度对双光子独立明-暗空间屏蔽孤子对稳定性的影响

在忽略损耗和扩散的情况下,采用数值方法研究温度对串联双光子光折变晶体回路中独立明-暗屏蔽孤子对演化和稳定性的影响。结果表明:在给定温度下晶体回路中形成稳态明-暗孤子对,当一个晶体的温度改变且温度变化不大时,另一块晶体中支持的孤子将转变为另一个稳态孤子;当温度变化过大时,这个孤子将变得不稳或发生周期性的压缩或膨胀甚至崩溃。在独立屏蔽空间孤子对中,暗孤子对温度的敏感程度比明孤子强。

串联光折变晶体回路中独立孤子对的温度特性

为了得到温度对串联光折变晶体回路中独立空间孤子对特性的影响结果,基于串联光折变晶体回路中独立空间孤子对的基本理论,推出了低振幅条件下串联光折变晶体回路中亮暗独立空间孤子对光波演化方程的解析解。理论分析了温度对其特性的影响,数值分析了这种孤子对的动态演化特性,讨论了这种系统应用于温控光器件的可能性。结果表明,调节暗孤子的温度能够影响明孤子的特性。

光折变晶体中低振幅屏蔽孤子的温度特性

本文在忽略扩散效应的条件下 ,理论研究了加偏压非光伏光折变晶体中低振幅屏蔽孤子的温度特性。结果表明 ,当温度一定时 ,晶体中可形成稳态屏蔽明孤子或暗孤子。通过适当调节温度 ,可以控制孤子的空间形态。