光折变空间光孤子及其诱导光波导的理论和实验研究

论文摘要

光折变空间光孤子是光折变效应与衍射效应相平衡的结果。光折变光孤子具有光强阈值低、存储时间长,二个横向维稳定和依赖于波长等特性,在光学信息处理和集成光学中具有广阔的应用前景。围绕光折变空间光孤子及其诱导的波导特性,本论文主要完成了以下工作:1.研究了屏蔽亮、暗光伏孤子诱导波导的传输特性。通过打靶法对方程进行求解,发现亮屏蔽光伏孤子诱导波导的导模数随着孤子强度比值的增加而单调增加,这一比值为孤子峰值强度与暗辐射之比。另外,暗屏蔽光伏孤子诱导波导的导模在任意强度比值下均为单模,限制在暗屏蔽孤子中心附近的能量随着强度比值的增加而增加。当光伏效应可以忽略时,这一波导变为屏蔽孤子诱导的波导。当没有外加电场时,这一波导变为光伏孤子诱导的波导。2.研究了一维屏蔽灰孤子诱导波导的传输特性。通过数值解孤子方程发现,灰屏蔽孤子诱导的波导在任意光强比率下均为单模。分析表明限制在灰孤子中心附近的能量和波导导模的传输常数随着强度比值的增加而单调增加。另外,当孤子灰度值增加时,限制在灰孤子中心附近的能量和波导导模的传输常数单调递减。3.基于光束的非相干特性,对一维部分相干暗光伏孤子及其诱导的波导进行了实验研究。实验结果表明利用部分相干光束,暗光伏孤子可以在非瞬时LiNbO3:Fe晶体内形成。它诱导的波导可以对强相干光束进行导光。这一结果证明了用低功率非相干光源控制导引高功率激光光束的可能性。4.对屏蔽光伏孤子、屏蔽孤子和光伏孤子的时间特性进行了理论和实验研究。基于和时间有关的带输运模型,建立了光折变孤子的演化方程。通过数值模拟的方法发现,当电流密度J0≤0时,稳态屏蔽孤子的形成时间随着|J0|的增加而增加,在J0＞0时,稳态孤子的形成时间随着孤子振幅的增加而减少。另外发现稳态屏蔽孤子的形成时间随着振幅的增加而减少,而开路光伏孤子的时间行为与孤子峰值强度与暗辐照的比值有关。当光伏孤子强度比值较小时,孤子的半高宽度随着时间单调递减达到一个稳定常数;当孤子比率较大时,孤子的半高宽度减少到一个最小值后增加到一个常数。进一步实验研究了暗光伏孤子的演化特性。实验结果证明在低功率下可以形成稳态孤子,在高功率下可以形成准稳态孤子。实验结果与理论分析很好地吻合。5.对折射率变化为负的LiNbO3晶体中形成的亮光伏孤子进行了理论和实验研究。由于光折变晶体的光伏常数依赖于波长,因而选则不同波长的背景光和信号光进行理论分析和实验研究。结果表明,在背景光的照射下,当光伏常数κ＞1时,可以形成亮光伏孤子,其中κ为背景光的光伏常数与信号光光伏常数之比。实验中选用不同波长和相干度的背景光进行实验,得到孤子的存在曲线,与理论预测相吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1.引言
• 1.2.空间光孤子
• 1.3.光折变空间光孤子
• 1.3.1.准稳态空间光孤子
• 1.3.2.屏蔽空间光孤子
• 1.3.3.光伏空间光孤子
• 1.4.本论文的内容及结果
• 参考文献:
• 第二章 光折变空间光孤子的基本理论
• 2.1.光折变效应
• 2.2.与时间有关的空间电荷场及孤子演化方程
• 2.2.1.与时间有关的空间电荷场
• 2.2.2.空间孤子的演化方程
• 2.3.稳态光折变空间光孤子的基本理论
• 2.3.1.屏蔽光伏孤子
• 2.3.2.屏蔽孤子
• 2.3.3.光伏孤子
• 2.4.屏蔽孤子与光伏孤子的对比
• 2.5.光折变材料
• 2.6.小结
• 参考文献:
• 第三章 光折变空间孤子诱导的光波导
• 3.1.光控光
• 3.2.屏蔽光伏孤子诱导的波导
• 3.2.1.亮屏蔽光伏孤子诱导的光波导
• 3.2.2.暗屏蔽光伏孤子诱导的波导
• 3.2.3.探测光的偏振和强度讨论
• 3.3.屏蔽灰孤子诱导的波导
• 3.4.光伏孤子诱导的波导
• 3.4.1 光伏孤子诱导波导的理论
• 3.4.2 自散焦材料内孤子诱导的波导
• 3.4.3 自聚焦材料内孤子诱导的波导
• 3.5.潜在应用
• 3.6.小结
• 参考文献:
• 第四章 部分相干暗光伏孤子的实验研究
• 4.1.非相干孤子及其诱导波导的基本理论
• 4.1.1.基本概念
• 4.1.2.基本理论
• 4.2.部分相干孤子实验
• 4.2.1.实验装置
• 4.2.2.部分相干孤子的形成
• 4.2.3.部分相干暗光伏孤子诱导的波导
• 4.3.相干暗光伏孤子实验
• 4.3.1.实验装置
• 4.3.2.相干暗光伏孤子
• 4.3.3.相干暗光伏孤子诱导的波导
• 4.4.分析与讨论
• 4.4.1.相干暗光伏孤子与部分相干暗光伏孤子的区别与联系
• 4.4.2.相干暗光伏孤子与部分相干暗光伏孤子的联系
• 4.5.小结
• 参考文献:
• 第五章 光折变空间光孤子的时间特性
• 5.1.与时间有关的光折变屏蔽光伏孤子理论
• 5.1.1.暗孤子解的时间特性
• 5.1.2.亮孤子解的时间特性
• 5.2.与时间有关的光折变屏蔽孤子理论
• 5.3.与时间有关的光折变光伏孤子理论
• 5.3.1.暗光伏孤子
• 5.3.2.亮光伏孤子
• 5.4.暗光伏孤子的时间特性实验
• 5.4.1.实验装置
• 5.4.2.暗孤子的时间特性实验
• 5.4.3.实验分析
• 5.5.本章小结
• 参考文献:
• 第六章 空间光伏孤子自散焦向自聚焦的转换
• 6.1.光伏效应
• 6.2.光伏孤子的直观描述
• 6.3.光伏孤子的理论描述
• 6.4.亮光伏孤子实验研究
• 6.4.1.自散焦向自聚焦的转换实验
• 6.4.2.相干背景光形成亮光伏孤子的实验
• 6.4.3.非相干背景光形成亮光伏孤子的实验
• 6.4.4.实验分析
• 6.5.本章小结
• 参考文献:
• 第七章 总结和展望
• 7.1.总结
• 7.2.展望
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文
• 攻读博士期间获得的荣誉