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空间光孤子是强光引起介质折射率非线性变化而产生的,当非线性介质折射率改变引起的光束自聚焦与光束衍射自发散作用相平衡时,光就能达到自陷,传播时轮廓不变,形成空间光孤子。由于光折变空间孤子只需毫瓦量级的低功率激光等特点,以及其在全光开关、光波导、光信息处理及光通信的方面的潜在应用而受到人们广泛的关注。本文对一维光折变空间孤子的传输特性、相互作用及自偏转进行了理论分析,并通过有限差分法进行数值模拟。其主要工作和成果如下:
1.详细介绍了四种基本类型的光折变空间孤子的研究历史及发展现状,与克尔孤子相比较介绍了光折变空间孤子的特点和应用。
2.以光折变动力学方程为基础,推导了屏蔽空间亮、暗孤子的数值积分表达式及在低振幅近似下的解析表达式。以铌酸锶钡(SBN)晶体为例,给出了屏蔽亮孤子和暗孤子的数值解,及孤子强度与半高全宽的关系曲线。
3.利用有限差分法,对屏蔽光孤子在晶体中的动态演化特性进行数值模拟,验证了孤子能够在晶体中稳定传播。引入吸收系数,对孤子的衰减进行了数值模拟,并对低振幅近似下的高阶孤子的动态演化进行了模拟,数值结果表明,高阶孤子演化过程中有压缩及展宽现象。
4.利用有限差分法,对孤子的稳定性进行数值模拟,得出对于较小的微扰,入射孤子可以克服并经过一段距离后能演化成稳定的孤子波,对于大的微扰,孤子便不能稳定传输,在晶体中发散。
5.利用有限差分法,数值模拟了初始相位和初始间距对两孤子间相互作用的影响,并对三个同相和反相孤子间的相互作用进行了数值模拟。结果表明,两个同相的孤子相互吸引,并在一定距离内有孤子融合现象产生,而孤子融合作用发生时的作用距离随孤子初始距离的增大而增大;两个反相孤子相互排斥,排斥作用随孤子初始间距的减小而增强;当两孤子的相位差在区间(0,π)和(-π,0)之间时,其相互作用过程中伴有能量转移。
6.在考虑晶体中扩散效应时,孤子中心在传播过程中会偏离中心位置发生偏转,采用微扰法得出孤子中心的偏转曲线为抛物线,给出了解析表达式,表明孤子存在最大偏移量,并对孤子的自偏转进行了数值模拟。