非均勻擴散的環(huán)狀孤子以及Airy光束在耗散系統(tǒng)中傳輸?shù)难芯?/H1>
發(fā)布時間：2020-05-31 13:50
【摘要】：空間光孤子是非線性系統(tǒng)中一種具有自我束縛和局域作用的特殊產(chǎn)物,它以獨特的平衡性能夠?qū)崿F(xiàn)在光纖介質(zhì)中的高容量、長距離傳輸。而耗散空間孤子則是非線性平衡與能量平衡的共同產(chǎn)物,是一種更加適合在自然界復雜系統(tǒng)中的傳輸載體。耗散孤子光纖激光器能從實驗上實現(xiàn)高功率的脈沖孤子輸出,并且在極大的參數(shù)范圍內(nèi)都實現(xiàn)鎖模,同時也能夠允許高階非線性效應的存在而避免光波分裂,形成的脈沖種類及其演化過程也十分豐富。光孤子在耗散系統(tǒng)傳輸中,根據(jù)不同的光場模式能夠形成多種更具獨特性與應用性的動力學變化。渦旋光束以及Airy光束都以其獨特的性質(zhì)而引起了眾多研究者的興趣。光學渦旋模式中帶有相位因子的指數(shù)項,因此是一種具有相位奇點以及螺旋型相位波前的光束,對光學渦旋場的產(chǎn)生、傳播及其在微粒操控、信息傳輸?shù)葢梅矫娑季哂兄匾难芯恳饬x。而Airy光束也因其無衍射、自加速以及自我修復等特性也引起了眾多學者的興趣,并應用到光學清掃、電子加速、微粒操控等研究上。在本文中,我們通過復系數(shù)三-五階金茲堡郎道方程的耗散系統(tǒng)模型,通過構建非均勻有效擴散項,對在內(nèi)進行傳輸?shù)臏u旋孤子演變進行研究。通過系統(tǒng)的模擬計算,在帶有非均勻有效擴散(空間濾波)項的三-五階復金茲堡-朗道方程模擬的介質(zhì)中,我們展示了從一個嵌入渦旋的二維入射光到多種環(huán)狀光渦旋(OVs)的變化。這種非均勻有效擴散項在橫向上是各向異性的,并且在縱向上實現(xiàn)周期性調(diào)控。我們展示了穩(wěn)定的正方形狀、齒輪狀、傾斜的橢圓狀、兩個衛(wèi)星渦旋和中心基孤子構成的串狀束縛態(tài)以及三個基孤子構成的環(huán)狀渦旋光。它們的形狀可以通過調(diào)節(jié)非均勻擴散的強度和調(diào)制周期進行調(diào)控。通過改變輸入光束的渦旋以及非均勻擴散的參數(shù)確定存在光渦旋的穩(wěn)定區(qū)域。這個結果提供了一種產(chǎn)生新型環(huán)狀光渦旋的方法,能夠應用在結構光學的相關工作中。同時也對有限能量以及無限能量的二維Airy光束在耗散系統(tǒng)中的傳輸特性進行了研究,歸納出了不同傳輸態(tài)存在的參數(shù)區(qū)間。
【圖文】：
存在于可積分的守恒系統(tǒng)中，具體表現(xiàn)為系統(tǒng)只考慮非線性效應與衍射或者色散的平而無能量的流入與流出，可看成是哈密頓系統(tǒng)的一個分支，即是對自然界中真實存在復雜系統(tǒng)進行高度簡化的結果。與哈密頓這樣的保守系統(tǒng)不同，耗散系統(tǒng)具備開放性與外界不斷產(chǎn)生物質(zhì)與能量的交換，更加接近復雜交叉的、相互影響的現(xiàn)實世界，在然界普遍存在。例如在現(xiàn)實的光纖傳輸系統(tǒng)中，標準的非線性薛定諤方程就是在群速色散（GVD）與自相位調(diào)制（SPM）平衡條件下去描述孤子在光纖中傳輸?shù)睦碚撃Ｐ偷珵榱颂岣吖饫w傳輸容量而采用超短脈沖時，傳輸介質(zhì)中的高階影響必須被考慮在內(nèi)所以孤子在光纖中的傳輸就遠比非線性薛定諤方程所定義的更復雜。因此，耗散系統(tǒng)的光孤子不僅僅只有非線性效應與衍射或者色散的平衡，還具有能量增益與能量損耗間的平衡，而這也是耗散孤子能夠存在的重要條件。圖 2-1 能夠非常清晰的說明兩種統(tǒng)中孤子存在的區(qū)別。所以在耗散系統(tǒng)中我們更加關注孤子能量的增益與損耗。若增過大，會導致孤子過度膨脹而崩潰，若損耗過大，則會導致孤子萎縮而消失。
求解波動方程而得到的。渦旋光束就是具備特殊波動解的一種光波，其解點，表明波在具有奇點的地方發(fā)生了突變，即產(chǎn)生了相位畸變，所以奇點，而振幅與光強都為零。光束會圍繞著這個奇點旋轉(zhuǎn)成渦旋，在中心軸線著奇點旋轉(zhuǎn)前進，這樣的光束就是渦旋光束，而相位奇點就被稱為光渦旋位置光場表現(xiàn)為暗跡，，即場強的實部和虛部都為零，光場則圍繞著光渦旋用的普通渦旋光束在極坐標下的表達式為： 22rr, r exp exp2Mu A z iMw z （中 A 表示的是光束振幅，w 表示的是入射光束的寬度，M 表示的是渦旋渦旋光與其它光束最大的區(qū)別還在于它多了一個相位因子，用 exp(iMθ)表電荷 M 提供了渦旋光的角動量，包括自旋角動量和軌道角動量，渦旋光布也因此而產(chǎn)生。圖 3-1 展示了不同拓撲電荷值的渦旋光束二維平面圖及。
【學位授予單位】：廣東技術師范學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O437
【參考文獻】
相關期刊論文 前2條
1 江光裕;劉友文;;Continuous generation of dissipative spatial solitons in two-dimensional Ginzburg Landau models with elliptical shaped potentials[J];Chinese Optics Letters;2015年04期
2 徐佳;吳思達;劉江;孫若愚;譚方舟;楊全紅;王璞;;被動鎖模的傳統(tǒng)孤子、耗散孤子摻鉺光纖激光器[J];中國激光;2013年07期
本文編號：2689953
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/wulilw/2689953.html
【圖文】：
存在于可積分的守恒系統(tǒng)中，具體表現(xiàn)為系統(tǒng)只考慮非線性效應與衍射或者色散的平而無能量的流入與流出，可看成是哈密頓系統(tǒng)的一個分支，即是對自然界中真實存在復雜系統(tǒng)進行高度簡化的結果。與哈密頓這樣的保守系統(tǒng)不同，耗散系統(tǒng)具備開放性與外界不斷產(chǎn)生物質(zhì)與能量的交換，更加接近復雜交叉的、相互影響的現(xiàn)實世界，在然界普遍存在。例如在現(xiàn)實的光纖傳輸系統(tǒng)中，標準的非線性薛定諤方程就是在群速色散（GVD）與自相位調(diào)制（SPM）平衡條件下去描述孤子在光纖中傳輸?shù)睦碚撃Ｐ偷珵榱颂岣吖饫w傳輸容量而采用超短脈沖時，傳輸介質(zhì)中的高階影響必須被考慮在內(nèi)所以孤子在光纖中的傳輸就遠比非線性薛定諤方程所定義的更復雜。因此，耗散系統(tǒng)的光孤子不僅僅只有非線性效應與衍射或者色散的平衡，還具有能量增益與能量損耗間的平衡，而這也是耗散孤子能夠存在的重要條件。圖 2-1 能夠非常清晰的說明兩種統(tǒng)中孤子存在的區(qū)別。所以在耗散系統(tǒng)中我們更加關注孤子能量的增益與損耗。若增過大，會導致孤子過度膨脹而崩潰，若損耗過大，則會導致孤子萎縮而消失。
求解波動方程而得到的。渦旋光束就是具備特殊波動解的一種光波，其解點，表明波在具有奇點的地方發(fā)生了突變，即產(chǎn)生了相位畸變，所以奇點，而振幅與光強都為零。光束會圍繞著這個奇點旋轉(zhuǎn)成渦旋，在中心軸線著奇點旋轉(zhuǎn)前進，這樣的光束就是渦旋光束，而相位奇點就被稱為光渦旋位置光場表現(xiàn)為暗跡，，即場強的實部和虛部都為零，光場則圍繞著光渦旋用的普通渦旋光束在極坐標下的表達式為： 22rr, r exp exp2Mu A z iMw z （中 A 表示的是光束振幅，w 表示的是入射光束的寬度，M 表示的是渦旋渦旋光與其它光束最大的區(qū)別還在于它多了一個相位因子，用 exp(iMθ)表電荷 M 提供了渦旋光的角動量，包括自旋角動量和軌道角動量，渦旋光布也因此而產(chǎn)生。圖 3-1 展示了不同拓撲電荷值的渦旋光束二維平面圖及。
【學位授予單位】：廣東技術師范學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O437
【參考文獻】
相關期刊論文 前2條
1 江光裕;劉友文;;Continuous generation of dissipative spatial solitons in two-dimensional Ginzburg Landau models with elliptical shaped potentials[J];Chinese Optics Letters;2015年04期
2 徐佳;吳思達;劉江;孫若愚;譚方舟;楊全紅;王璞;;被動鎖模的傳統(tǒng)孤子、耗散孤子摻鉺光纖激光器[J];中國激光;2013年07期
本文編號：2689953
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