非局域空间光孤子偏振耦合研究

论文摘要

空间光孤子是实现未来全光通信及全光器件最理想的途径之一。近年来,关于空间非局域非线性介质中光孤子的研究已经引起了人们的极大兴趣。光束在非局域非线性介质中的传输满足非局域非线性薛定谔方程(NNLSE)。理论与实验结果均表明,非局域空间光孤子有着局域孤子不能比拟的、更为丰富的研究内容和广泛的潜在应用价值。虽然目前关于非局域空间光孤子的研究较多,但大都基于只包含了一个极化分量的光场,而本文则探讨了非局域克尔类平面波导中不同偏振方向的耦合双光束的传输行为,主要创新点及结论如下:(1)基于麦克斯韦方程并利用波导理论推导了非局域非线性平板波导中TE偏振和TM偏振的耦合双光束的演化方程;通过对光强函数作泰勒级数展开,得到弱非局域近似下双光束偏振耦合的理论模型;然后得到了该模型的拉格朗日密度函数。(2)利用变分法和数值模拟的方法分析了非局域克尔类平板波导中垂直极化、中心重合的双光束共同传输问题。分别讨论了耦合系数,非局域程度,线性双折射对双光束传输规律的影响:发现当波导参数满足特定要求时(耦合系数为1,线性双折射可忽略不计),在其中存在着非局域矢量空间孤子;在其它情况下,只有当入射的偏振双光束满足特定要求时,合光束场才能作无衍射类孤子传输。数值模拟的结果与理论分析在定性方面是一致的,但在入射光束为高斯光束的情况下,一定范围内介质的非局域程度越高,双光束作无衍射类孤子传输的近似程度越好。(3)利用变分法和数值模拟的方法分析了非局域克尔类平板波导中TE和TM偏振双光束的相互作用,得到了双孤子系统的势能关于孤子中心间距的曲线。变分分析和数值模拟的结果都证明了同样的结论:非局域偏振耦合空间孤子的非相干相互作用强度随非局域程度的增大而增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 非局域非线性介质中光束传输的理论研究
• 1.2.1 非局域的概念及程度的划分
• 1.2.2 不同非局域程度下光束传输理论的研究进展
• 1.3 非局域非线性介质中光束传输的实验研究
• 1.3.1 非局域介质中单光束传输实验研究
• 1.3.2 非局域介质中多光束传输实验研究
• 1.3.3 其它实验进展
• 1.4 本论文的主要工作及成果
• 第二章 非局域非线性波导中双光束偏振耦合方程
• 2.1 线性各向同性平板波导中的TE 导模和TM 导模
• 2.2 由耦合模理论得到双光束的演化方程
• 2.2.1 衍射效应引起的扰动
• 2.2.2 材料非局域非线性响应引起的扰动
• 2.2.3 双光束演化方程
• 2.3 本章小结
• 第三章 非局域介质中孤子的解析解及其相互作用
• 3.1 聚焦介质中亮孤子的解析解
• 3.2 散焦介质中暗孤子的解析解
• 3.3 弱非局域空间光孤子传输的数值模拟
• 3.3.1 分步傅立叶算法
• 3.3.2 数值模拟结果及讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 非局域克尔类平板波导中偏振双光束的“互陷”传输
• 4.1 弱非局域近似下偏振双光束耦合方程
• 4.2 双光束“互陷”传输的变分计算及结果分析
• 4.3 双光束“互陷”传输的数值模拟及结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 非局域偏振耦合双孤子的相互作用
• 5.1 偏振耦合双孤子相互作用的变分分析
• 5.2 偏振耦合双孤子相互作用的数值模拟
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果