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空间涡旋光孤子已成为当前活跃的研究领域之一。涡旋引进的拓扑荷因其自身一些新颖特性大大丰富了非线性动力学,其具有广泛的应用前景,如光学数据存储与处理、光学捕获粒子以及激光冷却等。目前,空间涡旋光孤子已在多种非线性光学介质中观测到,如克尔介质、饱和非线性介质、光折变介质等。本文主要采用理论与数值方法研究了电磁感应透明(EIT)介质中的光学涡旋孤子。首先我们简单回顾了孤子及涡旋孤子的发展过程,然后简要介绍了空间孤子和空间涡旋孤子满足的波动方程及其解的基本性质,接着阐述了电磁感应透明效应的物理机制及其相关理论,最后着重讨论了电磁感应透明介质中光学涡旋孤子的产生机制、存在条件及稳定性问题。
我们具体研究了由存在衰减的三能级阶梯模型的原子与强控制场和探测场组成的相互作用系统,其中控制场与原子两个激发态严格共振,而探测场耦合原子基态与第一激发态但存在单光子失谐。我们论证了由于非线性效应与光束衍射的精确平衡上述三能级电磁感应透明介质中能存在空间涡旋光孤子。通过选择适当的控制场强度和单光子失谐量,我们能很容易的实现不同类型的空间涡旋孤子,即暗和亮涡旋孤子。另外,我们对相应的涡旋孤子解进行了稳定性分析,发现在一定的参数范围内暗和亮涡旋孤子均可稳定的存在于我们所考察的系统。
分析过程中我们所采用的参数均为实验参数,因此我们相信三能级EIT介质中的暗亮涡旋孤子能被实验所观测和证实。电磁感应透明介质中涡旋孤子的相关研究将为涡旋孤子的实验实现及其相关性质的研究提供更多选择。