竞争非局域向列相液晶中艾里高斯光束的相互作用

基于JUNG P S等提出的新型竞争非局域模型数值研究了艾里高斯光束在该模型中的相互作用,采用分步傅里叶算法数值模拟艾里高斯光束在竞争型非局域非线性向列相液晶中的相互作用。结果表明,可以通过调节初始振幅、初始间距、位相差以及非局域程度控制艾里高斯光束间的相互作用。初始振幅增大会使相互作用力增大;分子取向非局域程度的增加导致艾里高斯光束宽度展宽,使反相艾里光束吸引力增强,热非局域程度的改变使初始振幅较大的反相艾里高斯光束由相互排斥作用变为相互吸引作用,使反相艾里高斯光束出现排斥和吸引作用动态平衡;同时还发现增大热非线性系数能使反相艾里高斯光束出现吸引或排斥。

有偏压光伏光折变晶体中艾里高斯光束的传输特性

采用分步傅里叶法,数值模拟研究了有偏压光伏光折变晶体中艾里高斯光束的传输特性.结果表明,当艾里高斯光束初始振幅和晶体的外加电场在一定范围内时,可以形成沿直线稳定传输的呼吸式孤子.调节初始振幅或外加电场可以控制孤子的峰值强度和呼吸周期.随着入射光场分布因子的变大,孤子的平均峰值强度先增大后减小,孤子的呼吸周期先变小后变大.随着光束衰减因子的增加,孤子的平均峰值强度先增大后减小,然后再增大.此外,光束入射角为负值时,孤子向左偏移,光束入射角为正值时,孤子向右偏移.入射角只改变孤子的输出位置,不影响孤子的强度、宽度和呼吸周期.

含负折射率平板介质中艾里高斯光束的传输特性

基于光学传输矩阵,结合柯林斯光学衍射公式,研究了艾里高斯光束在无损和有损含负折射率平板介质中传输时,其侧面光强分布图景演化特征。结果表明,当右手材料和双负材料折射率值恰好相反,并且左、右两侧右手单元长度之和等于双负单元长度时,可以实现输出面光强的完美还原;当双负材料折射率绝对值增大时,实现光强还原所需中间双负单元长度也越长,反之,绝对值减小时,长度越短;对于有损介质,电、磁振荡因子越小,输出光波性能越良好。进一步探究了ζ因子和指数截断因子a对这类光波传输特性的影响,其中,ζ因子不会影响艾里高斯光束的固有性质,但ζ越小,自弯曲特性越明显,并且主、旁瓣的径向尺寸都随ζ的减小而成倍减小;a因子可以调控光波的传输轮廓,使其在a<0.2时为艾里光束,而当a逐渐增大到0.7时,光波的外形轮廓已和高斯光束无异。

基于分数阶效应的饱和非线性介质中艾里高斯光束的传输与交互

采用分步傅里叶法,数值研究了分数阶效应下饱和非线性介质中艾里高斯光束的传输与交互特性。结果表明,单艾里高斯光束传输时,分数阶Lévy指数和饱和非线性强度参数决定了光场演化结构的变化。在聚焦非线性作用下,光场演化时可形成呼吸孤子,孤子的峰值强度和宽度等特征参数可通过调节Lévy指数、饱和非线性强度参数、入射光场分布因子和光场衰减系数进行操控。当双艾里高斯光束交互时,两同相位艾里高斯光束相互吸引,形成单呼吸孤子,两反相位艾里高斯光束相互排斥,形成呼吸孤子对。两光束间作用力的大小和孤子或孤子对的峰值强度可通过调节初始光束间隔、Lévy指数、饱和非线性强度参数和入射光场分布因子进行操控。

饱和非线性介质中艾里-高斯光束的传输与交互作用

研究了艾里-高斯光束在饱和非线性介质中的传输与交互作用.结果表明,入射光为单艾里-高斯光束时,在一定功率范围内,调节初始振幅与光场分布,可形成传输方向可控的呼吸孤子.当初始振幅增加时,孤子的呼吸周期先减小后增大.入射光为两艾里-高斯光束时,同相位光束相互吸引,两光束中心位置两侧附近产生呼吸孤子和对称孤子对.反相位光束相互排斥,中心位置两侧仅产生对称的孤子对.光场分布越趋于高斯分布,两艾里-高斯光束相互作用就越强,孤子对的数目越少.

竞争型非线性介质中艾里-高斯光束交互作用的调控

基于分步傅里叶法研究了艾里-高斯光束在三次聚焦和五次散焦竞争型非线性介质中交互作用的调控.结果表明:当入射角度为零时,同相位艾里-高斯光束相互吸引,五次散焦非线性强度较弱时,可形成周期逐渐缩短的呼吸孤子或强度不变的孤子.五次散焦非线性强度较强时,呼吸孤子的平均宽度变大甚至出现光束分叉现象,形成孤子对.反相位艾里-高斯光束相互排斥,排斥力随五次散焦非线性强度单调递增.当入射角度不为零时,通过控制光束入射角度的正负和初始间距.同相位和反相位艾里-高斯光束交互作用时可以同时表现出相互吸引和排斥的现象.

艾里高斯涡旋光束正负交变介质中的光波演变

利用光学传输矩阵,结合广义惠更斯-菲涅耳光学衍射公式,研究了艾里高斯涡旋光束在正负折射率交替变化周期平板介质中传输时,其输出横截面光强分布规律和侧面传输光强的演变图景。结论显示:当右手材料折射率nr和双负材料折射率nl绝对值正好相等,并且右手单元长度R:双负单元长度L=1:1时,可以实现输出面光强的完美还原;当双负材料折射率绝对值abs(nl)≠nr,但R=L时,两类周期介质输出表面的光束质量都很差,此时,若要实现输出光强的完美还原,较大的abs(nl)需要较长的双负单元长度L来进行补偿,反之则反;进一步探究了准周期平板介质中双负材料单元长度和负折射率的定量关系。期望相关结论可以对含特异材质周期和准周期结构中艾里高斯涡旋光束的调控和通信传输提供重要的参考价值。

斜程湍流大气中部分相干艾里光束的偏振特性研究

偏振是激光通信中保密编码的重要参数,研究斜程湍流大气中的偏振特性对激光通信具有重要意义。利用广义惠更斯-菲涅尔原理和偏振-相干统一理论,推导了无衍射的部分相干艾里高斯光束在斜程湍流大气传输中的偏振度解析式,详细研究了湍流参数、相干长度、天顶角、截断因子和分布因子对偏振度的影响。研究结果表明:与水平湍流相比,光束在斜程湍流下恢复到初始偏振需要更长的传输距离。天顶角、接收高度、截断因子、分布因子越大和相干长度越小,光束偏振度峰值也越大。高相干性的高斯光束比艾里光束更易于保持偏振度不变。无衍射艾里光束中选取合适的光学参数更有利于信息传输与编码,本文结果对激光大气通信领域有着潜在的应用价值。

艾里-高斯光束在高斯型PT对称介质中的传输与控制

以非线性薛定谔方程为理论模型,研究了艾里-高斯光束在高斯型PT(Parity-time)对称介质中的传输与控制。详细分析了高斯型PT对称介质的特征参数(调制深度P、调制因子ω、增益/损耗系数W_(0))和艾里-高斯光束的特征参数(截断系数a、分布因子χ_(0))对艾里-高斯光束的传输特性的影响。结果表明:在高斯型PT对称介质中,艾里-高斯光束可以形成振荡孤子,且可稳定传输。孤子的峰值强度随P、W_(0)、a的增大而增大,随ω的增大而减小;振荡周期随P和ω的增大而减小,随W_(0)的增大而增大。当χ_(0)增大时,在0<χ_(0)<0.55范围内,孤子的峰值强度变化不明显;当χ_(0)>0.55时,孤子的峰值强度迅速减小。该研究结果可为孤子在复杂非均匀介质中的传输及全光控制方面的应用提供理论基础。

线性势作用下艾里-高斯光束的周期演化

以分数薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶法进行数值模拟,研究了线性势作用对艾里-高斯光束的传输特性和两光束相互作用的影响。结果表明,艾里-高斯光束在无线性势作用时会分裂成两束,有线性势作用时分裂现象逐渐消失,光束传输呈现周期演化,且主瓣能量和旁瓣能量几乎不随传输距离的增加而改变。该周期演化在参数改变时会有不同的表现,据此可调节光束的周期演化过程。线性系数主要影响演化周期,而且它的符号可以控制光束的偏转方向和分布空间;莱维系数则会改变光束的横向振荡幅度,同时光束偏转角度会发生变化,光束的演化路径由近似折线变为曲线。在满足一定的相位条件下,相互作用的两光束的能量会发生周期性互换,随着莱维系数的增大,这种周期性互换现象会消失。这些结果为光束在光开关和光学逻辑器件中的应用以及光束的调节提供了理论参考。

分数效应下双艾里-高斯光束在高斯势中的传输

以分数薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶法研究了双艾里-高斯光束在高斯势垒中的相互作用。结果表明,艾里-高斯光束在入射后产生分裂,随着莱维指数的增大,分裂现象会逐渐消失。同时,改变莱维指数可以调节光束的衍射效应和两光束之间的夹角。在自加速、分数衍射效应和势垒壁反射的共同作用下,传输呈现周期性演化。通过改变势垒参数可以控制传输周期以及光束的透射和反射比。在分布因子较小时,间隔参量会影响光束的演化周期,其符号决定了在两光束间是主瓣还是旁瓣进行主要作用。此外,在一定的相对相位条件下,两束艾里-高斯光束相互作用会发生能量转移,且随着间隔参量的变化,能量转移过程也会发生相应的改变。利用这些特性可以控制光束的传播方向和产生的光束数量,在光开关、分路器等领域有潜在的应用价值。

艾里-高斯光束在光折变介质中的孤子脱落

以非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶方法研究了光折变介质中艾里-高斯光束的传输特性。结果表明:满足一定条件时,光折变介质中会形成周期振荡的空间孤子;介质的非线性系数越大,形成空间孤子所需的传输距离越短,孤子的振荡周期越小;当艾里-高斯光束的初始入射功率在一定范围内时,光折变介质中才会形成稳定的空间孤子;在空间孤子形成时,由于局部能量竞争,会出现光束分裂成丝现象。此外,还研究了微噪声扰动对艾里-高斯光束在光折变介质中传输稳定性的影响。

两艾里-高斯光束在非局域非线性缺陷晶格中的相互作用

对两艾里-高斯光束在一维非局域非线性缺陷晶格中的相互作用进行数值研究,并分别讨论了非线性非局域性、晶格性质、光束性质、光束入射角以及两光束相位差对传输实验结果的影响。实验发现两艾里-高斯光束在不同条件下相互作用会形成晶格孤子、准呼吸子,甚至还出现了晶格孤子对。其中,多数情况下观察到了准呼吸子,且准呼吸子的空间大小和周期受到了非局域非线性、晶格缺陷以及光速自加速的影响。当两艾里-高斯光束之间存在相位差入射时,它们在晶格中相互作用,形成两个孤子对,一对孤子垂直传输,而另一对孤子斜向传输。

艾里-厄米-高斯光束在克尔介质中的孤子控制

以非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶数值模拟方法,讨论了有限能量艾里-厄米-高斯光束在克尔介质中的传输特性以及相互作用。研究表明,通过控制介质的非线性强度和艾里-厄米-高斯光束的初始振幅,可以抑制光束的衍射效应,当它们满足一定条件时,能够产生孤子。通过研究两艾里-厄米-高斯光束的相互作用,发现调整两光束的初始间隔以及相位,可以控制孤子的数量和传输方向。

交叉相位引致艾里-厄米-高斯光束在单轴晶体传输时光斑连续转动

按照单轴晶体光束传输理论,求得了具有交叉相位艾里-厄米-高斯光束(AiHGB)在单轴晶体中传输时的解析表达式。数值模拟计算结果表明,具有初始交叉相位的AiHGB在晶体中传输时仍是线偏振的,但不一定是传输不变的。具体地讲,有赖于交叉相位系数、光束参数及晶体材料参数,初始交叉相位会引起AiHGB光斑连续转动,在从近场到远场的整个传输过程中总的转动角是90°。并且交叉相位系数足够大时,AiHGB光斑只有纯转动;而交叉相位系数适当小时,AiHGB光斑除了取向转动还有光斑形状变化。这些结果表明通过恰当选择晶体材料(即折射率)和附加交叉相位因子的系数,可以精准调控光束花样形状的取向与结构,也可用于确定晶体材料折射率或测定交叉相位因子的系数。

有限能量艾里-厄米-高斯光束在势阱介质中的光场旋转

以带有抛物势的薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶数值模拟方法,对势阱介质中的有限能量艾里-厄米-高斯光束的传输特性以及相互作用关系进行研究。结果表明,势阱介质会使有限能量艾里-厄米-高斯光束的光场结构在传输过程中发生旋转。随着势阱强度的增大,光束的光场结构完成旋转所需的传输距离越来越短。此外,进一步探讨了具有不同初始间隔的两个有限能量艾里-厄米-高斯光束在势阱介质中的相互作用关系,发现在传输过程中光束的光斑数量会发生变化。

圆艾里高斯涡旋光在各向异性非Kolmogorov湍流大气中的传输

采用非均匀采样与功率谱反演法产生与湍流尺度相关的各向异性非Kolmogorov湍流随机相位屏,进而利用空间光调制器模拟研究圆艾里高斯涡旋光束在大气湍流中的漂移特性和轨道角动量态变化。数值模拟和光学实验结果均表明,圆艾里高斯涡旋光束的漂移值随光束衰减系数、光束主半径、大气湍流外尺度和传输距离的增大而增大,随湍流各向异性系数和光束拓扑荷值的增大而减小,并且在湍流幂律值为3.3附近有极大值。此外,通过对比圆艾里高斯涡旋光束经过大气湍流前后的干涉条纹图样,发现整数阶时拓扑荷值越小,光束经过湍流之后拓扑荷值稳定性就越好。