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国家工程技术图书馆
2022年11月29日
摘要: 量子力学中的很多概念已经被成功地延伸到其他研究领域,其中一个典型的例子是人们将宇称-时间(Parity-Time,PT)对称的概念应用到了光学中,并取得了一系列研究成果,且将其应用到了实际生活中。在非线性光学中,强非局域非线性介质与克尔介质作为... 展开 量子力学中的很多概念已经被成功地延伸到其他研究领域,其中一个典型的例子是人们将宇称-时间(Parity-Time,PT)对称的概念应用到了光学中,并取得了一系列研究成果,且将其应用到了实际生活中。在非线性光学中,强非局域非线性介质与克尔介质作为两种不同的非线性材料,与光场相互作用时会产生诸多新奇的现象,如光孤子、光场的崩溃与成丝等。然而,这些研究与应用主要集中在偏振态均匀分布的标量光场上。本文以涡旋光场和偏振态分布随空间位置变化的复杂结构矢量涡旋光场(VectorVortexOpticalField,VVOF)为主要研究对象,研究其在PT对称的强非局域非线性介质与克尔介质中的非线性光动力学行为、偏振态演化及其矢量调控方法。本文的主要内容如下: 1、回顾了量子力学与光学领域中PT对称的概念以及几种非线性介质,主要包括强非局域非线性介质、克尔介质。介绍了偏振光、矢量光场的概念及其发展现状,重点讨论了基于4f系统生成矢量光场的方法。介绍了光场在具有PT对称光学格子的非线性介质中演化的理论模型和相应的解析分析方法:动量法。 2、基于耦合的矢量Snyder-Mitchell模型,研究了VVOF在具有正余弦型PT对称势的强非局域非线性介质(StronglyNonlocalNonlinearMediumwithSineandCosineParity-Time-SymmetricPotentials,SNNM-SCPT)中的动力学特性。研究结果表明,由于复折射率(同时存在周期性折射率和增益/损耗)的调制,VVOF在SNNM-SCPT的传播过程中光场的形状会发生畸变,但VVOF仍然保持周期性地恢复和演化。同时,线偏振和圆偏振在传播过程中会周期性地相互转换。VVOF的演化特征以及线偏振和圆偏振的转换过程强烈地依赖于初始光场的涡旋和偏振拓扑荷数、初始功率以及PT对称复折射率的调制。这些结果提供了一种新的方法在SNNM-SCPT中操纵复杂的VVOF。 3、基于二维非线性薛定谔方程,探究了具有PT对称光学格子的克尔(Kerr)介质中涡旋光束的崩溃动力学特征。理论上推导了具有实数光学格子(周期性折射率调制)的Kerr介质中涡旋光场崩溃所需的临界功率。数值计算结果表明,自聚焦点的数量、崩溃的位置和崩溃所需的传播距离取决于PT对称复折射率的调制因子、初始光场的拓扑荷数和输入功率。当涡旋光场在具有实数光学格子的Kerr介质中传播时,光场以对称形状的方式崩溃。如果在PT对称光学格子(复折射率调制)的Kerr介质中,涡旋光束的形状在传播过程中会发生严重的变形并以不对称的方式崩溃。此外,随着输入功率或调制深度的增加,涡旋光束崩溃所需的传输距离都会减小。所以,在非线性克尔材料中引入PT对称光学格子为控制涡旋光束崩溃的发生位置、传输距离提供了一个有效的途径。 4、讨论了具有PT对称光学格子的Kerr介质中VVOF的崩溃特征,给出了VVOF崩溃所需的临界功率。由于各种偏振成分自聚焦效应的不同以及PT对称光学格子的调制作用,VVOF自聚焦点的数量和崩溃的位置不仅与PT对称复折射率的调制因子、初始光场的拓扑荷数以及输入功率有关,而且受到VVOF的空间偏振态分布的影响,导致VVOF的崩溃更倾向于发生在线偏振所在的位置上。 收起
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