扩散周期介质中空间孤子的传输特性研究

The optical propagation dynamics in nonlinear media with periodic refractive-index has become a considerate topic in nonlinear optics. Diffusive nonlinearity is a universal nonlocal effect and can support stable spatial solitons. The spatial solitons in diffusive nonlinear media not only possess the merit of nonlocal solitons but also possess the special dynamic behavior. The main objective of this program is to investigate the propagation properties of spatial solitons in nonlinear media with diffusive nonlinearity. We investigate several types of lattice solitons, i.e., gap solitons, surface solitons, vector solitons, parity-time symmetric solitons, Airy accelerating solitons and other novel lattice solitons supported by linear and nonlinear lattices. In addition, we investigate the effects of transverse nonlocality, nonlinearity, dissipation and gain effect on the above solitons. At last, we look for the new optical control scheme for these lattice solitons. This program can help widen the research scope of solitons and provide several novel ways for beam controlling in micro structure.

光束在具有周期性结构的非线性光学系统中的传输动力学行为是目前非线性光学领域的研究热点。扩散效应作为自然界常见的一类非局域效应可支持稳定的的空间孤子态。这类孤子不仅具有非局域孤子的优点还具有独特的动力学行为。本项目旨在以扩散机制晶格孤子的传输特性为研究对象，通过在扩散介质中实现各类线性和非线性光学格子，理论研究基于扩散机制的带隙孤子、表面孤子、矢量孤子、奇偶时间对称孤子、Airy加速孤子以及其它新颖孤子的存在条件、特征和稳定性，讨论横向非局域程度、非线性系数、耗散增益效应等因素对孤子特性的影响，探索基于这些孤子的光束控制方式。该研究有助于进一步拓展孤子的研究范围，为微结构中光束控制提供新方法。

空间孤子在周期性结构的非线性光学系统表面和内部的传输动力学行为是目前非线性光学领域的研究热点，本项目主要就扩散机制的空间孤子的传输和控制进行了系统的研究。具体研究成果包括：1)详细分析了基于二次电光效应的光子晶格和奇偶时间对称晶格的带隙结构，成功理论预言了扩散机制下的晶格带隙孤子、表面孤子、矢量孤子和扭结孤子态。2)成功理论预言了耗散（奇偶时间对称）系统中的缺陷模、相变特性以及该系统下基于对数非线性的晶格孤子和inband孤子态；3) 研究了扩散场存在的克尔型介质和竞争非局域中形成的艾里型孤子态及其相互作用，证明该系统中可产生无衍射的非线性自加速光束；4）详细研究了基于艾里光束和二维急聚焦光束的自成像效应，实现了传输轨迹和自成像距离的有效控制；5）详细分析了包括外加电场、晶格调制深度、入射光束的初始状态、非线性参数、扩散场强度、缺陷程度等因素对各类孤子特性及稳定性的影响，归纳了外界影响因素与孤子的存在条件、特征及稳定性之间的定量关系，建立了一个基于扩散机制孤子的统一理论，获得了基于影响因素的新的光束控制方式及分光手段。理论成果可直接应用到拉曼延迟效应机制下光脉冲的传播特性研究领域中。研究成果进一步拓展了孤子的研究范围，为空间孤子和光束的控制提供了更多的途径，对全光器件的制备奠定了一定的理论基础。