《雙非線性超材料中超短電磁脈衝的傳輸特性研究》是依託山西大學，由楊榮草擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雙非線性超材料中超短電磁脈衝的傳輸特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊榮草
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
最近幾年, 超材料由於其獨特的電磁特性迅速成為電磁學、光學、材料學和納米技術等領域的前沿之一。隨著非線性超材料在理論和實驗上取得重大進展，非線性超材料中的超短電磁脈衝傳輸成為一個新的研究熱點，而同時具有電和磁非線性極化的雙非線性超材料為實現電磁波的傳輸和控制提供了更大的自由度。本項目擬在深入研究雙非線性超材料豐富可調控的電磁特性基礎上，以耦合非線性薛丁格方程為模型，通過解析和數值的方法研究雙非線性超材料中超短電磁脈衝的傳輸特性，深入分析各種線性和非線性效應對調製不穩定性和複合孤波的形成及傳輸的影響。開展對這一項目的研究不僅會對非線性超材料中電磁脈衝的傳輸特性有更深的科學理解，而且對開發和研製基於可調控非線性超材料的光開關、光耦合和光存儲等光器件提供理論依據。因此開展本項目的研究既有重要的科學意義，也有潛在的套用價值。
結題摘要
超材料由於其獨特的電磁特性已經成為電磁學、光學、材料學和納米技術等領域的前沿之一。隨著非線性超材料在理論和實驗上取得重大進展，非線性超材料中的超短電磁脈衝傳輸成為一個新的研究熱點。本項目在深入研究雙非線性超材料豐富可調控的電磁特性的基礎上，以非線性薛丁格方程為模型，解析和數值研究了各種線性和非線性效應下新的調製不穩定性以及一系列孤波的存在條件和傳輸特性，並對等離子超材料中電磁波的傳輸特性進行了探索性研究。研究結果表明：（1）在自陡峭、贗五階非線性和拉曼延遲效應的競爭作用下，調製不穩定性發生在不同的區域、呈現出不同的閾值功率和閾值頻率；拉曼效應放寬了調製不穩定發生條件，使增益譜拓展到無限高頻段；且拉曼延遲效應主導了新增區域的調製不穩定性，而自陡峭及贗五次非線性聯合效應主導了原有區域的調製不穩定性。（2）在雙非線性超材料中，當非線性損耗/增益和線性增益/損耗相互補償時可存在非線性啁啾自孤子，自孤子的振幅、脈寬、波數及啁啾參量在不同非線性和色散區域隨著非線性損耗/增益和線性增益/損耗變化不同。（3）在非線性超材料中可以存在一種雙極複合孤波和一種亮-灰的複合孤波。群速度色散和克爾非線性的聯合效應對雙極複合孤波的存在起決定作用，而三階色散和四階色散主要影響孤波的傳輸特性如振幅、脈寬和速度等。亮-灰的複合孤波可以表現為類亮和類暗孤子的形式，具有不同的平台或背景以及幅度和脈寬，存在於不同的非線性和色散區，具有不同的電磁特性。（4）在忽略自陡峭效應或考慮自陡峭效應時，在超常材料中分別存在三組形式完全不同的亮、暗類孤波，它們可以存在於超材料的多個不同區域，具有不同的孤子特徵。這三組亮、暗類孤波有一個共同的特點是都包含一自由參數，該自由參數放寬了孤子存在的條件，使這些組孤波可以存在於多個非線性和色散結合的區域。本項目的研究結果對尋找非線性超材料中更多不同類型、更寬範圍的的孤波具有重要意義，對研究和開發以超材料中超短脈衝作為信息載體的通信系統提供了理論依據。
