光写入通道波导阵列中的离散空间光孤子及其相互作用

【摘要】：近年来,离散系统中光束的传播特性作为一个新课题引起人们的广泛关注。与均匀介质相比,光波在离散系统中的传输展现出许多新奇的现象,如光子带隙、反常衍射以及负折射等。离散系统的一个典型的实例就是非线性波导阵列。光波在波导阵列中传输时,一方面由于线性衍射和波导间的耦合,而在沿光束强度梯度方向发生耗散; 另一方面还将受到其自身诱导折射率变化的非线性调制。当这两种效应平衡时,光束便会形成一种自局域态,即离散空间光孤子。迄今为止,人们对克尔型、液晶以及光折变波导阵列中的离散空间光孤子的特性进行了广泛深入的研究。在离散空间孤子的所有特性中,最令人感兴趣的是孤子间的相互作用(或碰撞),它有望在全光开关和全光路由等方面得到重要应用。光折变晶体中光写入的光波导阵列为研究离散孤子的特性提供了便利的实验条件,这是因为仅仅利用毫瓦甚至微瓦量级的周期光场辐照晶体就可以制备出不同结构的波导阵列,而且这种光子晶格的结构既可以实时改变,也可以通过加热或加电场的方式永久固定下来。本文通过数值模拟对光折变晶体中光写入的通道波导阵列中的光波传输特性、离散空间光孤子及其相互作用进行了详细的研究。首先,利用分步束传播法模拟了光波在菱形和正方格子的通道波导阵列中的线性与非线性传输过程,然后采用 Petviashvili 迭代法求解了离散空间光孤子所满足的本征方程,并得到孤子光强与本征值的关系曲线。利用求解得到的离散孤子解模拟了不同空间排布下两个离散孤子间的相干相互作用。结果表明:同相位孤子相互吸引, 反相位孤子相互排斥,孤子间相位差在区间(- ,0)和(0, )内,相互作用过程总是伴随着能量转移。最后,详细讨论了波导阵列写入光光强以及晶体外加电场的大小对相互作用的影响,为从实验上控制孤子间的相干相互作用提供了理论依据。