光子晶格中的孤子波和缺陷模研究

非线性介质中的光诱导光子晶格具有可擦写、折射率梯度小及可传导弱光信号等独特的优点，近来备受关注。本项目拟就其中的光自陷- - 孤子波和缺陷模现象展开工作：研究光子晶格调制参数和非线性参数对孤子波和缺陷模属性的影响，设计新型的纵向调制的光子晶格，分析其中的孤子波和缺陷模的各方面属性，获得新型的有价值的能够在大参数范围内稳定传播的孤子波和缺陷模；研究新型光子晶格中的缺陷模耦合效应和矢量孤子波间的相互作用属性，设计新型的缺陷形式和矢量孤子波的组合形式，获得能够在大参数范围内稳定传播的缺陷模组合和孤子波组合，实现一种有效的用光控制光的方法；研究一些相似的非线性物理系统如光势阱里的BEC（波色- - 爱因斯坦凝聚）物质波中的孤子波现象，推动孤子波在不同非线性物理领域的交叉研究。

由于光波的自然衍射，当窄激光束在各向同性介质中传播时，其横向尺寸会随着传播距离逐渐变宽，光束越窄，则变宽的速率越大。当有非线性存在时，如果非线性引起的光束自聚焦效应与光波的衍射效应相平衡，则激光束的横向尺寸不再随传播距离而变化，即形成了空间孤子波。这种形状不随传播距离变化的光孤子是实现全光器件的最理想途径之一。如果光传播介质的折射率成周期性的变化——周期光子晶格，则光的衍射效应呈现多样化，这便造成了空间光孤子的多样化。本项目即基于此展开工作。. 三年来我们主要做了如下工作：理论上研究了周期光子晶格中的缺陷对光束的反射作用，并与国外课题组合作，实验上验证了理论结果；研究了一维具有Parity-time对称的周期光子晶格中的孤子及缺陷孤子的稳定性和传播特性，确定了各种缺陷情况下孤子波的稳定区间，为实验实现奠定了基础；研究了方形周期光子晶格的半无穷大带隙中支持的孤子，发现了一类新型的涡旋孤子；研究了矩形横截面热光学介质中的多环涡旋孤子，发现了它们传播过程中的振荡现象；研究了正三角形截面热光学介质中的孤子波特性，发现了这种光介质支持稳定的拓扑荷小于3的涡旋孤子和基模高斯孤子；在本项目的支持下，我们还研究了随机高斯谢尔模型光束通过高数值孔径物镜在后焦面的强度和偏振度特性，并给出了解析公式，以及基于GPC理论的二维彩色图像的再现。. 项目的前半期我们将精力集中在设计周期纵向调制光子晶格及研究其所支持的孤子波方面，走了很多弯路，收效甚微，但也积累了不少经验，目前我们的工作方向已做了调整，有望在未来一年半之内会获得更多的有价值的研究成果。