论文部分内容阅读
宇称时间(parity-time；简称PT)对称波导是近年来发现的一种新型光学波导。由于该波导具有许多独特的光学性质,因而在光子信息处理以及集成光学方面具有重要的潜在应用价值。特别是随着PT对称在光学实验上的实现,更加激发了人们对它的广泛关注。PT对称的概念最初来自量子力学。PT对称要求薛定谔方程中势能函数的实部是位置坐标的偶函数,而虚部是位置坐标的奇函数。在光学中,PT对称可通过波导的复折射率实现。它要求波导的折射率分布呈偶对称,而增益/损耗分布呈奇对称。本文主要基于光波在PT对称波导中传输的理论模型,数值研究亮孤子和高斯光波在呈高斯分布的PT对称克尔非线性平板波导中的传输和控制。具体内容包括以下四个方面：(1)分别介绍空间光孤子的研究进展,PT对称的基本概念、发展现状和应用。(2)利用Maxwell方程组推导出空间光波在非线性介质中传输的一般理论模型,然后通过该理论模型推导出空间光波在PT对称克尔非线性波导中的传输模型。(3)根据光波在PT对称波导中的传输模型,数值地讨论亮孤子在高斯型PT对称波导中的传输和控制。研究结果发现：当波导的折射率分布强度为正时,PT对称波导的中心折射率最大,即使没有自聚焦克尔非线性效应,PT对称波导也可以束缚光波,形成波浪形光束且长距离传输。当折射率分布强度为负时,PT对称波导中的中心折射率最小,亮孤子的传输方向发生偏移。而增益/损耗分布可控制光孤子的偏移方向。且当折射率分布强度为负时,可以很好地抑制相邻亮孤子间的相互作用。(4)此外基于上述模型,通过数值模拟的方法进一步讨论基阶、二阶、三阶高斯光波在高斯型PT对称波导中的传输。研究结果表明：在PT对称波导中,基阶高斯光波传输随着折射率分布强度的增加,传输越来越稳定,而且光波在传输的过程中,光束由波浪形逐渐转变为直线形。二阶高斯光波在PT对称波导中形成了两束波浪形的光波,两束光波出现了能量的交替现象。三阶高斯光波则需要足够大的折射率分布强度,才能稳定传输。