非线性介质中光学畸形波的操控研究

To settle the problem of the manipulation for optical rogue waves in nonlinear media, the multi variable self-similar method is used to explore the control mechanism of optical rogue wave with the external potentials. By proposing the concept of quantum parameter control of the system, the traditional "diffraction and nonlinear management" is changed into "system quantum parameter control", and we will obtain a series of control methods. Through the coupling effect of incoherent multiple beams, the interaction of multi optical rogue waves and their energy conversion process are revealed, to achieve the goal of a beam controlling another one in the specific potentials, so that there is a new breakthrough in the development of all optical devices. The establishment of the control model of the optical rogue wave in nonlinear media, the acquisition of the exact solution, the numerical calculation are studied. The main contents include: (1) A nonlinear model of optical rogue wave is established. (2) The exact solution of the nonlinear model with the spatial diffraction, nonlinear modulation coefficient and the external potentials are obtained. And a series of controllable methods of the system for the quantum parameter of the system are generated. (3) We use numerical simulation and experiment to verify the correctness of the theoretical results. The project further extends the research field of nonlinear science. The obtained controllable methods provides a new theoretical guide for all optical devices, such as all-optical switches and all-optical cross connectors.

针对非线性介质中光学畸形波的操控难题，采用多变量自相似方法，探索光学畸形波在外场调控下的控制机理。通过提出系统量子参数控制的概念，将传统的“衍射和非线性管理”演变为“系统量子参数控制”，从而得出一系列的控制方法。通过不相干多光束的耦合效应，揭示光学畸形波之间的相互作用以及能量转换过程，以达到特定外场作用下实现光控光的目标，从而使全光器件的研制有新突破。围绕非线性介质中光学畸形波操控模型的建立、精确解的获得、数值计算等展开研究。主要内容包含：1）创建光学畸形波的非线性模型；2）获得具有空间衍射和非线性调制系数及外场作用下的模型精确解，得到系统量子参数控制的方法；3）采用数值模拟和实验，验证以上理论结果的正确性。本项目进一步拓展非线性的研究领域，所得出的操控方法为研制光开关、光交叉连接器等全光器件提供新的理论指导。

随着信息产业的蓬勃发展和“中国制造2025”战略的提出,人们对光电子元器件的需求不断扩大,已经将全光控制列入国家战略。这一战略的实施，各种空间光控制技术成为当前光束研究热点，如空间光孤子、无衍射自加速光束、PT对称性时空孤子、光学畸形波等。这些课题的研究为全光开关、全光交叉连接器和全光逻辑门等控制元器件的研制奠定了基石，为全光计算和全光信息处理等技术的发展开辟了道路。但是如何更有效地控制光束的空间行为始终是研究人员关注的焦点，并且在研究过程中仍然有着许多未知、令人困惑的问题，需要进一步去认真研究与探索。. 本项目以“非线性介质中光学畸形波的操控研究”为题，对艾里光束、光学畸形波、自散焦非线性介质中的暗孤子等前沿课题展开了研究，取得了一系列原创性研究成果，为光束的空间控制提供了理论依据。在项目支持下，项目负责人以第一作者或通信作者发表SCI论文5篇；负责人H因子达到43。5篇论文中包括中科院JCR二区期刊论文3篇（影响因子大于3）。另外项目组成员获得专利3项，其中发明专利1项。取得具体成果总结为：.1. 发现了自散焦介质中存在三维时空艾里光弹和二维艾里局域波包，证实了一类新型自加速艾里光束能够在自散焦介质中传输。.2. 研究了PT对称性势场中的分数维线性孤子，并证实了该种线性孤子角方向的不对称性，发现了一种新型的不对称项链状孤子。.3. 对基于外场作用下非线性薛定谔方程的光束传输动力学问题开展研究，直接给出了一阶、二阶、三阶光学畸形波的物理图像，为光束空间调控提供了新方法。.4. 在二维散焦克尔介质中，发现了暗环形孤子。