非线性光孤子的快速非绝热操控

发布时间：2020-04-09 17:21

【摘要】：众所周知,非线性光孤子动力学及其操控在非线性光学、光信息处理中具有重要的研究价值和现实应用。早些年,有关光孤子脉冲压缩的研究,人们往往利用绝热方法。近年来,本课题组提出了量子绝热捷径技术的概念,用以加速量子绝热的慢过程,并广泛应用于原子、分子和光物理。本论文将利用量子绝热捷径技术研究非线性光纤中光孤子动力学的快速非绝热操控,取得的成果如下:(1)以单模光纤中的非线性薛定谔方程为模型,对系统的增益/吸收进行量子绝热捷径的设计,以实现光孤子脉冲的快速压缩。首先从非线性薛定谔方程的孤子解出发,由变分近似法得到了与孤子相关参数(如宽度、啁啾、速度、中心位置等)的微分方程,并通过光纤的增益或吸收对波包的宽度进行了反控制设计。数值模拟表明与传统的绝热控制相比,同样的增益或吸收条件下孤子的压缩速度被提高了十倍。(2)基于上述研究,以非线性光纤中的三-五阶非线性薛定谔方程为模型,分析了系统的非线性项对光孤子动力学的影响。通过结合变分法和量子绝热捷径技术的反控制方法,证明了在对孤子脉冲宽度和介质的非线性进行了反向设计后,可以在很大程度上加速孤子脉冲的压缩。
【图文】：

图 1.1. 孤子传输能力实验随年代变化的曲线图[26]。进步。在认识到孤子通信的潜力之后，全球十多个研究小组进行了实验，试图将传输容量推向越来越高的极限(图 1.1 列出了孤子传输容量的进展)。越来越多的研究者们将视线转移到如何实现孤子的高和快速压缩上。光学系统中，时间亮孤子因其各种可能的应用而受到特别的关注，距离光通信和脉冲形状的全光可控性方面的研究引起了人们的兴趣[大量的理论分析及实验使时间孤子脉冲压缩的研究得到了极大的推Gerome 等人实现了锥形空心光子带隙光纤中的孤子压缩[28]；Colm了基于光子晶体波导的高阶孤子的脉冲压缩[29]；Blanco-Redondo 等证明了皮秒脉冲在硅中的孤子效应脉冲压缩[30]。在 2003 年的一项们发现了一类叫做光学自相似子的自相似孤子波[31]，与孤子不同的

图 3.1. 通过反控制方法实现对波包宽度的控制。参考 a(z)c（蓝色虚线）VS 量子绝热捷径技术（STA）设计出的 a (z)(红色实线中对 STA 有 6fz ，绝热参考为 60fz 。目的是对增益进行分析设计，，在此假设 ( z ) (z) 1，则方程(3.1.9.(344exp(2)2322aNgzaa 方程(3.1.14)也可化为.(3exp(2)1Ngzac 周知，这也是的绝热扩散孤子的定义。同时对于最初的孤子形状的脉 1。从方程(3.1.14)和(3.1.17)中可以很明显地看出，波包的宽度a，依
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O437

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本文编号：2621041