局域矢量时空光学孤子簇及其控制技术的研究

The multivariate self-similarity transformation and variable separation approach, combining with the fast split-step Fourier method and the beam propagation method,are utilized to construct exact solutions of vector spatiotemporal optical soliton clusters to the high-dimensional spatiotemporal coupled nonlinear Schr?dinger equations based on our existing research results. We study vector spatiotemporal optical soliton clusters and its control mechanism by adjusting soliton parameters.We will address the following two questions:..(1) Some tunable soliton parameters are designed by using analytical method, and special vector spatiotemporal optical soliton clusters are obtained, such as the vector spatiotemporal dipole solitons, the vector spatiotemporal vortex soliton and the vector spatitemporal necklace soliton. The regulatory mechanism of vector spatiotemporal soliton clusters is analyzed..(2) The evolution and propagation of the vector spatiotemporal soliton clusters with the initial condition or the extra white noise are demonstrated by numerical method.We also investigate stability and robustness of vector spatiotemporal soliton clusters for the different dimensions...The first question explores the interaction between the beams and nonlinear media. We obtain the universal property of vector spatiotemporal soliton clusters. The second question study the evolution and propagation of vector spatiotemporal soliton clusters, and the stability and robustness of these soltons. We wish to provide a theoretical basis for the development of optical manipulation and all-optical devices.

采用多变量自相似变换和分离变量法，结合快速分步傅立叶方法和光束传输法进行数值模拟，在现有研究成果基础上，求解高维耦合非线性薛定谔方程组，研究时空矢量光学孤子簇及其孤子参数调控下的光控机理。解决如下问题:（1）采用解析法，设计可调孤子参数，产生特殊时空矢量光学孤子簇,如时空矢量偶极孤子、时空涡旋矢量孤子和珍珠状时空矢量孤子，分析时空矢量孤子簇形成的调控机理。（2）采用数值方法，研究初始条件和外加白噪声对时空矢量孤子簇演化和传播的影响，分析不同维度时空矢量孤子簇的稳定性和抗干扰性。 . 前者探索光与非线性介质相互作用，产生时空矢量光学孤子簇的普适性，后者研究孤子簇演化和传播，探索时空矢量光学孤子稳定性和抗干扰性，期望为光操控和全光器件的研制提供理论基础和依据。

随着现代科学技术的发展，在自然科学领域中的非线性问题越来越受到科学家们的关注。光束在非线性介质中传输时，其束宽由于介质的自聚焦引起的压缩和光束本身的衍射引起的展宽相抵消时，光束的横向截面在传输过程中将不发生改变，这样传输的光束被称为空间光学孤子。矢量光学孤子特性新颖，为非线性光学开拓了一些新的范畴，并将有效的促使全光器件如全光开关、全光计算器件的发展。. 本项目以“局域矢量时空光学孤子簇及其控制技术的研究”为题，对光学怪波、时空孤子、Airy光束、外场操纵的光束等一系列国际上关注的课题展开了研究。主要采用自相似变换，数值模拟加上实验验证等方法，取得了一些列研究成果，为一束光控制另外一束光提供了理论依据。在本项目的支持下，发表SCI论文31篇，其中负责人第一作者26篇、通讯作者4篇；发表论文引用次数326次，他引239次，单篇最高他引36次。项目负责人2014年度获卡达尔自然科学研究国家合作团队奖（排名第2），广东省顺德人民政府科技进步三等奖（排名第1）。本项目研究工作可以总结如下几点：.1、研究了空间Accessible孤子，并以多种形式存在在自然界中。从理论分析、数值模拟和实验上证实了涡旋、项链状以及高斯状、抛物线状Accessible孤子存在。.2、系统分析变系数非线性薛定谔方程描述光束传输动力学问题，从理论上给出了空间光学孤子的分布规律，分析了外场调控下控制孤子的一系列方法，为可控光束在实际应用上提供了理论基础。.3、发现了非线性介质中光学怪波各种新颖的现象，证实了一类可控光学怪波的传输规律；获得了二维光学怪波空间式样，得到了控制光学怪波的一系列方式方法。.4、分析了高维空间Airy光束的传输规律，并证Airy光束具有自愈和自加速的特点，对非线性介质中Airy光束的探讨提供了一个有效的方法。