艾里光束类在两种不同折射率势中的传输特性

发布时间：2020-06-03 03:19

【摘要】：艾里光束因其具备横向自加速、无衍射、自愈这三大传输特性,及其在等离子通道、光学微粒操控、诱导表面等离子体激元、电子加速和光子弹等多个领域存在潜在的应用前景,成为近年来光传输领域中一个广受瞩目的前沿课题,特别是类艾里光束在不同介质中传输特性的理论和实验研究备受关注。但是,目前的研究主要集中在均匀非线性介质和自由空间中(类)艾里光束的传输特性,而关于(类)艾里光束在PT势和缺陷晶格中的传输特性还少有涉及。因此,本文提出研究在PT势中艾里光束的传输以及在缺陷晶格中艾里-高斯涡旋光束(类艾里光束)的传输特性,探讨势的变化对(类)艾里光束的传输特性产生的影响。本文首先回顾了近年来有关(类)艾里光束的研究成果。然后介绍(类)艾里光束的数学理论模型,并引入(类)艾里光束在缺陷晶格或PT势中传输的数学理论模型。再利用有限差分光束传输法对(类)艾里光束在两种不同势中的传输进行数值仿真,主要有两个内容:1)艾里光束在PT势中的传输及其与PT孤子的相互作用。首先研究艾里光束在PT势中的传输特性,通过对比艾里光束在自由空间和PT势中的传输情况及观察PT势虚部幅度的变化对艾里光束传输特性的影响,发现艾里光束在PT势中传输会分成类孤子部分和自加速部分,PT势的虚部幅度增大会造成类孤子部分的振荡幅度减小。然后研究艾里光束在PT势中与PT孤子的相互作用,通过改变艾里光束与PT孤子的相对入射距离、艾里光束幅度和PT势的虚部幅度,观察这些参数的变化对艾里光束与PT孤子的相互作用所造成的影响。研究发现:艾里光束在PT势中与PT孤子的相互作用会分成类孤子部分、反射波部分和自加速部分;艾里光束与PT孤子的相对入射距离或艾里光束幅度的增加都会使类孤子部分振荡幅度变大,但不会影响类孤子部分的振荡周期。2)艾里-高斯涡旋光束在缺陷晶格中的传输特性。通过改变非线性系数、晶格调制深度、缺陷深度、缺陷类型、分布因子和涡旋位置来探讨缺陷晶格对艾里-高斯涡旋光束传输特性的影响。研究发现,艾里-高斯涡旋光束在缺陷晶格中传输时不会自动修复被涡旋破坏的主瓣。当缺陷类型为正缺陷时,艾里-高斯涡旋光束会汇聚于缺陷点所在的位置,并最终形成晶格孤子。相反的,当缺陷类型为负缺陷时,将会造成艾里-高斯涡旋光束的能量弥散。同时,缺陷深度越大,缺陷晶格对能量的束缚力越大,形成晶格孤子所需的时间越短。而且只要缺陷深度足够大,不管涡旋在什么位置,在传输一定距离后,艾里-高斯涡旋光束总能在缺陷晶格所在位置形成晶格孤子。此外,非线性同样对艾里-高斯涡旋光束的能量有汇聚和分散的作用,但是非线性的影响小于缺陷晶格的影响。综上所述,本文对国内外尚未报导的(类)艾里光束在PT势和缺陷晶格中的传输特性进行研究。这有利于探索(类)艾里光束的潜在应用价值,为(类)艾里光束在实际应用中实现其价值打下基础。此外,(类)艾里光束在多种新兴材料中的传输特性及其与其他多种光束的相互作用也值得我们进一步去研究和探索。
【图文】：

光束,实验产生,膜片,仿真实验

(a)艾里光束实验产生装置; (b)二维艾里光束相位膜片; (c)仿真实验结果) The experiment generating device of an Airy beam; (b) The phase diaphrag2-dimension Airy beam; (c) Simulation experimental resultsBricchi 等人提出可以利用飞秒激光诱导纳米光栅的结论[16]。在此人于 2012 年通过使光束在用飞秒激光诱导出的纳米光栅中进行已调光通过傅立叶透镜处理后得到艾里光束[17]。这是一种简单且

光束,二维,能量,包络函数

要对理想艾里光束进行截趾，从而得到的方法有很多种，常见的是在公式(2.13 ( x, z 0) Ai ( x )exp( x) 减因子， >0。类似的，当传输距离z 限能量艾里光束的包络函数如下： ( x, y, z 0) Ai ( x) Ai ( y ) ( , , 0) ( )exp( ) ( )exp( x yx y z Ai x x Ai y x 传输方向上的指数衰减因子，y 表示在0。通过对比公式(2.13)和公式(2.15)，以及 =0 时，归一化后的二维艾里光束的包的包络函数相乘。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O436

【参考文献】