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光折变空间孤子功率低、响应快、非线性效应强,因而在实验上容易实现。我们可以利用孤子间的相互作用来实现用光控制光—全光操纵的目的,或者设计不同的波导结构和介质折射率的分布,利用孤子自身的固有特性来实现光束在任意位置的输出。正因为如此,人们已经开始关注持续它在光开关、光波导、光互联等方面的潜在应用价值。
本文主要研究了纯铌酸锂晶体和掺铈铌酸锶钡晶体中,光束平移诱导的光折变空间孤子的理论及实验特性。
铌酸锂晶体作为一种光伏晶体,在无背景光和开路条件下,入射的光束在晶体中呈现自散焦状态,而持续平移入射光束能够重构空间电荷场,并在一定的平移速度下使空间电荷场发生逆转,因而可以改变光伏晶体铌酸锂的光学非线性特性,使得入射光束由自散焦向自聚焦转变,从而诱导产生光折变亮空间孤子。对该实验现象建立物理模型:由于弛豫效应,在平移光束时,因为入射光的辐照区域是时刻变化的,相当于光束中心辐照区和辐照边缘区的空间电荷场的差时叠加,因而入射光辐照区的空间电荷场是两部分方向相反的电荷场的叠加,并使得在稳定的平移速度下达到对应的饱和空间电荷场。在这种稳态条件下,联合带输运方程理论,可以得到速度相关的亮空间孤子的传播规律,主要分析了平移速度对孤子半高宽的影响。
对于掺铈铌酸锶钡晶体,在施加外电场作用时,平移入射光束会使得其在晶体中形成稳态的屏蔽孤子,并且传播也会发生弯曲。宏观上施加的平移速度会作用到自由载流子的扩散速度上,影响到空间电荷场的形成时间,并使其呈现出非对称倾斜的趋势。较高的平移速度能使达到饱和折射率改变的时间缩短,光激发的载流子在外电场和平移的速度场双重作用下进行漂移和重新俘获。类似于屏蔽空间光孤子中,形成的空间电荷场会通过电光效应对折射率施加改变并靠此使光束自陷。不均匀的外加屏蔽电场和弛豫效应是引发光束不均匀自陷和弯曲的主要原因。而且,弛豫效应在附加的平移作用下加强会引发孤子弯曲,弯曲幅度也跟平移的速度直接相关。分析得到了铌酸锶钡晶体中与平移速度相关的光束弯曲态传播方程,并进行了数值模拟。