光孤子在負(fù)折射材料中的傳輸及演變研究.pdf

1、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率是描述物質(zhì)基本電磁性質(zhì)的物理量,在自然界存在的媒質(zhì)中它們一般都是大于零的,但理論上也存在介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)小于零的物體,其中之一就是負(fù)折射介質(zhì)。這種材料具有常規(guī)材料所不具備的負(fù)折射現(xiàn)象、倏逝波放大、逆多普勒效應(yīng)、完美透鏡等一系列特性。近年來,對(duì)負(fù)折射材料的研究從最初的微波頻段進(jìn)入到太赫茲、紅外頻段,甚至光頻段,并且已經(jīng)開始了對(duì)其非線性效應(yīng)的討論。作為非線性光學(xué)一個(gè)重要的研究領(lǐng)域,光孤子能夠在長(zhǎng)距離傳輸中有效地保持波形,

2、因此在高速率光纖通信等方面具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文首先對(duì)負(fù)折射材料的基本原理進(jìn)行了介紹。通過對(duì)比傳統(tǒng)材料,逐一說明了負(fù)折射材料中特有的各種現(xiàn)象,并總結(jié)了近年來國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展。然后在常規(guī)材料中光孤子傳輸?shù)睦碚摶A(chǔ)上,推導(dǎo)了光孤子在負(fù)折射材料中的非線性薛定諤方程。由于負(fù)折射介質(zhì)中的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率具有色散的性質(zhì),因此在其中的高階非線性效應(yīng)與常規(guī)材料中的情況有很大的不同。數(shù)值方法選用的是分布傅立葉法,為了保證精度以及減少運(yùn)算

3、時(shí)間,對(duì)不同的參數(shù)采用了不同的迭代方式,模擬結(jié)果與理論推導(dǎo)符合得很好。
　　 然后,分別在反常和正常色散的情況下依次分析了五階非線性效應(yīng)、可控自陡峭效應(yīng)、高階線性色散與非線性色散對(duì)孤子傳輸和演變的影響。模擬結(jié)果顯示,負(fù)的五階非線性效應(yīng)對(duì)亮孤子起到了脈寬與周期壓縮的作用,并且會(huì)造成高階孤子的分裂。對(duì)于暗孤子的脈寬壓縮不明顯,主要影響體現(xiàn)在改變灰孤子的振幅上；而在負(fù)折射材料中,由于自陡峭系數(shù)可以在正負(fù)之間選取,因此孤子傳輸方向的偏移

4、與常規(guī)材料相反,甚至可以與三階色散結(jié)合從而達(dá)到無偏移傳輸?shù)哪康?；非線性色散作為負(fù)折射材料特有的屬性,雖然有與線性色散相近的形式,但在單獨(dú)作用時(shí)會(huì)讓孤子頻譜分裂,因此不能使孤子穩(wěn)定傳輸,在實(shí)際應(yīng)用中主要是造成孤子振幅的改變。最后,考察了負(fù)折射材料中亮孤子對(duì)傳輸?shù)那闆r,討論了雙孤子間的互作用導(dǎo)致孤子吸引或排斥的因?yàn)?提出了一種實(shí)現(xiàn)雙孤子無干擾平行傳輸?shù)哪Ｐ?即使用不同振幅、不同初始相位、存在三階色散、零自陡峭系數(shù)的輸入脈沖,可以保證在長(zhǎng)距離