非局域非線性介質中多極孤子的傳輸動力學研究

《非局域非線性介質中多極孤子的傳輸動力學研究》是依託河北師範大學，由楊振軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非局域非線性介質中多極孤子的傳輸動力學研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊振軍
• 依託單位：河北師範大學

項目摘要

非局域光孤子具有很多優越的性質，在複雜的光網路和全光控制系統中有著良好的套用前景。以往對非局域光孤子的理論研究多針對於理想化的非局域模型。本項目將主要針對實際中存在的非局域非線性介質理論模型（例如向列相液晶和鉛玻璃）中多極光孤子的傳輸動力學進行深入細緻的理論研究，包括解析研究和數值研究。主要內容包括：1.給出實際存在的非局域非線性介質模型中多極光孤子的解析形式，並研究其傳輸動力學行為，包括不同非局域類型、不同非局域程度、不同介質形狀對光孤子的影響，光孤子存在的穩定性等；2.研究非臨界功率（孤子功率）入射時，實際非局域介質中呼吸子的呼吸效應及其傳輸軌跡；3.研究廣義多極孤子在非局域非線性介質中的傳輸變化。4.研究雙孤子及多孤子相互作用時的傳輸軌跡及其控制理論。基於上述研究內容，探討非局域多極光孤子在全光網路、全光開關、信息處理器件等方面的套用。

結題摘要

空間光束自陷和空間光學孤子是非常重要的非線性光學現象。近些年來，人們發現空間非局域非線性效應是除了飽和非線性之外能夠支持穩定空間光孤子的又一因素。本項目主要對各向同性非局域非線性介質中多極空間光學孤子的傳輸動力學進行了研究，共發表學術論文22篇，其中SCI收錄18篇，EI收錄4篇。利用變分法，在具有指數衰減模型（此模型可以描述向列相液晶和擴散型非局域介質）中得到了三極孤子和四極孤子的近似解析解，給出了孤子功率與各參數之間的關係，討論了解析解在不同非局域程度時的適用情況，並且通過數值模擬驗證了解析解的適用範圍。研究了多種類型的光束在強非局域介質中形成廣義多極孤子，以及非臨界（即，非孤子功率）入射時形成呼吸子的情況。結果表明，在恰當的入射功率下，光束在強非局域介質中可以形成統計束寬不變的廣義孤子形式，若入射功率改變，則形成呼吸子，給出了幾種具體光束的孤子功率、演化周期、以及呼吸子的束寬演化、呼吸周期的解析表達式，發現了像散光束在傳輸過程中可以產生橫向反變換的特性。對異常渦旋光束的研究表明，光學渦旋會使的光束具有軌道角動量，其相位在傳輸過程中會發生扭曲和纏繞，光能量會沿著相位梯度方向運動，演化過程變動更加複雜，分析了不同拓撲荷數和不同光束階數對光強分布和演化的影響。研究了指數衰減型和高斯型兩種非局域模型中兩個基態光學孤子的相互作用情況，結果表明，不同非局域類型中的孤子相互作用有一定的不同，給出了描述孤子運動的偏微分方程，分析了兩個孤子傾斜入射時的相互作用。此外，研究了兩個光束在強非局域介質中的相互作用，給出了兩種具體光束相互作用的解析表達式，分析了相互作用特性。研究結果對全面理解非局域空間光孤子和光束的傳輸變換具有一定科學意義，並能夠對利用孤子運動軌跡和相互作用特性形成光學器件具有一定的理論指導意義。