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  本文關(guān)鍵詞：線性和二次電光效應(yīng)共存的光折變介質(zhì)中的空間孤子，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2015年

線性和二次電光效應(yīng)共存的光折變介質(zhì)中的空間孤子

郝利麗  

【摘要】：由于在很低的入射光強下即可產(chǎn)生及其重要的潛在應(yīng)用價值,使得光折變空間光孤子已經(jīng)成為非線性光學(xué)領(lǐng)域的熱點問題,并在理論和實驗兩方面取得了極大的研究進展。人們對基于線性電光效應(yīng)或二次電光效應(yīng)的光折變空間光孤子進行了廣泛的研究。但最近幾年中,人們相繼發(fā)現(xiàn)某些非中心對稱的光折變晶體,如[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3](1-x)-(Pb Ti O3)x(PMN-x PT)晶體、KTa1-xNbxO3(KTN)晶體及Li Nb O3等晶體處于其相變溫度附近時具有較大的電光效應(yīng),此時線性和二次電光效應(yīng)可同時存在于晶體內(nèi)部,進而折射率變化要同時受到這兩種電光效應(yīng)的調(diào)制。本論文將對線性和二次電光效應(yīng)共存的光折變介質(zhì)中的空間光孤子進行系統(tǒng)的理論研究。利用描述單光子光折變效應(yīng)的帶輸運模型及雙光子光折變效應(yīng)的Castro-Camus模型,推導(dǎo)出了在有外加電場條件下的線性和二次電光效應(yīng)共存的光折變介質(zhì)中入射光的光場方程,理論預(yù)言了暗、亮及灰孤子的存在,并得到了其積分形式的空間孤子解。給出了小振幅情況下空間孤子的光場方程、解析解及孤子寬度的顯式表達式,討論了孤子寬度與外加電場的關(guān)系。結(jié)果表明,這些空間光孤子的形成依賴于線性和二次電光效應(yīng)的共同作用,這兩種電光效應(yīng)間的相互影響對空間孤子的形成及性質(zhì)有決定性的作用。當線性和二次電光效應(yīng)相互促進時光折變效應(yīng)增強,此時有利于空間光孤子的形成;當二者相互減弱甚至抵消時光折變效應(yīng)被減弱,將給空間光孤子的形成帶來不利影響。研究了線性和二次電光效應(yīng)共存的單光子及雙光子光折變晶體中兩個或多個空間光孤子間的非相干耦合。證實了非相干耦合的暗-暗、亮-亮、灰-灰及暗-亮孤子對(族)的存在。且當非相干耦合孤子對中兩孤子分量的總光強遠遠小于暗輻射和背景光的強度之和時,在線性和二次電光效應(yīng)共存的單光子及雙光子光折變晶體中可以形成暗-暗、亮-亮及暗-亮Manakov孤子對。利用光束傳輸法對空間光孤子及非相干耦合孤子對(族)的傳輸穩(wěn)定性進行了分析。發(fā)現(xiàn)亮孤子的空間傳輸是穩(wěn)定的,即使在存在一定微擾的情況下,入射光經(jīng)過較短的傳輸距離就可以自修定其波形并轉(zhuǎn)化成了一束新的孤子波;而暗孤子是不穩(wěn)定的,極小的擾動就可以使暗孤子在空間傳輸過程中衍射發(fā)散。分別運用光束傳輸法和微擾分析法研究了由擴散場引起的亮孤子在空間傳輸過程中的自轉(zhuǎn)向效應(yīng)。結(jié)果表明,在擴散場的作用下,亮孤子的中心軌跡近似為一條拋物線,而孤子光束中心波矢和傳播方向之間的角度偏轉(zhuǎn)量隨傳播距離線性變化,橫向和角度偏轉(zhuǎn)量均與外加電場呈三次函數(shù)關(guān)系。研究了溫度對線性和二次電光效應(yīng)共存的單光子光折變晶體中亮空間光孤子在傳輸穩(wěn)定性、孤子光強的空間分布、自轉(zhuǎn)向效應(yīng)等方面的影響。討論了擴散項、暗輻射強度和相對介電常數(shù)等物理量在影響亮空間光孤子性質(zhì)方面所起的作用。結(jié)果表明,當溫度在參考溫度0T附近比較小的范圍內(nèi)變化時,入射光束能夠轉(zhuǎn)化成晶體中可支持的新孤子波,而當溫度偏離0T較遠時,入射光波在介質(zhì)中不能穩(wěn)定傳播。亮孤子束的光強峰值隨溫度增大而單調(diào)遞減,但孤子寬度隨溫度的變化關(guān)系還與初始光強峰值0r有關(guān)。在相變溫度附近的溫度范圍內(nèi),介質(zhì)內(nèi)暗輻射強度的溫度依賴性在亮孤子自轉(zhuǎn)向過程中占據(jù)主導(dǎo)地位。溫度繼續(xù)升高時,介電常數(shù)及擴散項對轉(zhuǎn)向過程中的偏移量所起的作用隨之增大,當溫度趨于介質(zhì)的居里溫度,即CT→T時,相對介電常數(shù)將在自轉(zhuǎn)向過程中起主要作用。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O437
【目錄】：

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本文編號：239065