白光的线性和非线性光学效应

回顾了本研究组自从2003年以来在白光的线性和非线性光学领域实验和理论方面的研究成果．我们使用白炽钨丝灯作光源,在自散焦光折变晶体中进行有关白光空间光孤子方面的系统研究,包括实验研究白光一维光生伏打暗空间孤子以及由它们感应的波导和定向耦合器,圆形和椭圆形白光暗空间孤子以及由它们制作的相位掩模、二维白光光子晶格和白光暗空间孤子在数字图像传输中的应用,一维和二维白光暗空间孤子之间的相互作用,通过白光束与相干暗空间孤子之间的相互作用增强和改善白光的相干性,一维和二维白光暗空间孤子分别与二维白光光子晶格之间的相互作用．数值模拟了在饱和对数非线性介质中两个及多个部分非相干亮空间孤子和白光亮空间孤子对之间的相互作用,首次在自散焦非线性介质中实验观察到了相干光的调制不稳定性和白光的调制不稳定性等．这些研究取得了一些创新性的成果．     

非相干耦合空间孤子族的一般理论

提出了一个适用于非相干耦合空间孤子族的一般理论．从这一理论可以很方便地得到亮、暗、灰孤子族的波形．研究表明这些孤子族的形成条件直接依赖于折射率改变与入射光光强的关系,而不是折射率的正负．另外,利用调制失稳理论研究了这些孤子的稳定性．当这一孤子族只包含两个分量成分时,它自动退化到非相干耦合孤子对的情况．利用这一理论,理论上证明了非相干耦合亮、暗、灰孤子族也可以在角烧孔效应的光致异构非线性聚合物中形成．     

光折变空间孤子及其研究进展（Ⅱ）

介绍了国内外有关光折变空间孤子,特别是今年来部分空间非相干孤子 ,全光准稳态孤子,屏弊光伏孤子,复色光孤子,非相干白光孤子及孤子对相互作用的研究进展,最后,对光折变空间孤子未来的研究作出展望。     

非相干作用下暗孤子对的解析解

从描述非相干暗孤子对传输特性的耦合非线性薛定谔方程出发,给出其Lax对,运用Backlund变换导出了两非相干暗孤子解的表达式,然后作图讨论了两孤子能量的变化特性.研究结果表明传输过程中两孤子的能量在时间和空间上都出现周期性的振动.     

二阶非线性介质中新型的空间光孤子

在二阶非线性介质中,人们已得到了二波相互作用系统在静态条件(不依赖Z,即(δ)Z≡0 )下包括双凹陷暗空间光孤子在内的一些定域解,而对二波相互作用系统在非静态条件(依赖Z,即(δ)Z≠0 )下的动力学行为了解甚少.利用雅可比椭圆函数方法可得到二波相互作用系统在非静态条件下的一些精确解.结果表明:在静态条件下存在的双凹陷暗空间光孤子在非静态条件下同样存在;通过对静态情形的进一步研究发现了包括亮空间光孤子、暗空间光孤子和双凹陷空间光孤子在内的一些新颖孤子解.     

光纤通信系统中非相干暗孤子间的相互作用

利用变分法，通过非线性Schroedinger方程，导出光通信系统中非相干暗孤子间的相互作用，即通过非线性强度叠加产生的相互作用。结果表明：在两个非相干暗孤子之间存在排斥力，并且高阶色散效应减弱了非相干暗孤子的相互作用。这与相干暗孤子之间的相互作用结果一致。     

双光子光折变晶体中非相干耦合屏蔽孤子族

为了得到双光子光折变非相干耦合屏蔽空间孤子族的结果,对外加电场双光子光折变晶体中非相干屏蔽孤子族进行了数值研究.结果表明：这种孤子族是由偏振态和波长都相同的多束互不相干光耦合而成的.当双光子非相干耦合屏蔽孤子族中只含有两个光束分量时,就退化为双光子屏蔽孤子对.     

双光子光折变晶体中非相干耦合屏蔽孤子族

为了得到双光子光折变非相干耦合屏蔽空间孤子族的结果,对外加电场双光子光折变晶体中非相干屏蔽孤子族进行了数值研究.结果表明:这种孤子族是由偏振态和波长都相同的多束互不相干光耦合而成的.当双光子非相干耦合屏蔽孤子族中只含有两个光束分量时,就退化为双光子屏蔽孤子对.     

光折变类行波空间孤子及其动态演化过程

用行波变换结合数值方法,求解了光折变非线性方程,得到了类行波空间孤子数值解,给出其形成的必要条件,并研究其在光折变晶体中演化特性.结果表明,类行波空间孤子在光折变晶体中传播时除具有空间孤子的形状不变性外,还具有能量的横向空间平移性,这为空间孤子的可控制偏转提供了可能.偏转角度取决于横向相位调制系数;多束类行波空间孤子的相干相互作用具有光计算的潜在应用.     

光折变空间暗孤子特性研究

给出了有偏压的光伏空间孤子的简化波方程，具有与屏蔽空间孤子波方程相同的形式。提出了利用有限差分方法中的类Crank—Nieholson格式数值方法研究了稳态的有偏压的光伏空间暗孤子的传播特性。数值结果表明：暗空间孤子稳定性较弱，即暗空闻孤子只能够克服较小的微扰，当微扰较大时，暗孤子呈现发散，分裂等趋势；当考虑晶体的损耗时，暗空间孤子强度将单调衰减，宽度将单调增加；当考虑晶体的扩散时，暗空间孤子按照抛物线的轨迹偏转；高阶暗孤子的传播特性与孤子的阶数有关。     

有偏压的光伏光折变晶体中低振幅的空间孤子

获得了有偏压的光伏光折变晶体中空间孤子传播的非线性波动方程 .它是屏蔽孤子和短路光伏孤子的非线性波动方程的统一形式 .在低振幅区域 ,由它得到了起源于对外电场的非均匀空间屏蔽和光伏效应的空间孤子 .在适当的条件下 ,这类孤子可以转化为屏蔽孤子和短路光伏孤子 .当外电场为某一值时 ,用改变外电场的极性和旋转光的偏振方向可以实现这类孤子的明暗转换     

利用空间暗光孤子诱导波导实现光控可变定向耦合器

基于空间暗光孤子诱导波导的模式特性以及光波在波导间耦合理论，提出了一种实现光控可变定向耦合器的方法，改变光孤子波导的背景强度，则信号光从器件偏转输出的位置不同。研究了孤子波和信号光波长之比、器件长度及介质的线性折射率对光控可变定向耦合器性能的影响。     

有偏压光伏光折变晶体中低振幅孤子的自偏转

修正和完善了有偏压的光伏光折变晶体中空间孤子的空间电荷场理论,通过对有偏压的光伏光折变晶体中低振幅明孤子的自偏转进行的研究,得到了孤子光束中心的运动呈抛物线型,并且这束中心光的空间频率分量随传播距离发生线性移动,当光伏效应可忽略时,低振幅明的子的自偏转就转化为低振幅屏蔽孤子的自偏转,它的空间电荷场就转化为屏蔽孤子的空间电荷场;当外偏压为０时,它的空间电荷场就转化为闭路和开路光伏孤子的空间电荷场,它     

光折变晶体中低振幅光伏明孤子的温度特性

在忽略扩散效应的条件下，理论研究了光伏光折变晶体中低振幅光伏明孤子的温度特性．结果表明，当温度一定时，晶体中可形成稳态光伏明孤子。通过适当调节温度，可以控制孤子的空间形态。     

双光子光折变光伏明孤子的演化和自偏转

通过数值模拟的方法,研究了双光子光折变光伏明孤子的动态演化和自偏转特性．结果表明：在忽略扩散和损耗的情况下,光伏明孤子能在双光子光折变晶体中稳定传播．考虑扩散效应之后,明孤子光束中心将发生自偏转．自偏转程度首先随入射光强的增加而增加,当光强达到一定程度后随着入射光强的增加偏转程度反而减小．     

Observation of two-dimensional discrete solitons in optically induced nonlinear photonic lattices

Nonlinear periodic lattices occur in a large variety of systems, such as biological molecules, nonlinear optical waveguides, solid-state systems and Bose-Einstein condensates. The underlying dynamics in these systems is dominated by the interplay between tunnelling between adjacent potential wells and nonlinearity. A balance between these two effects can result in a self-localized state: a lattice or 'discrete' soliton. Direct observation of lattice solitons has so far been limited to one-dimensional systems, namely in arrays of nonlinear optical waveguides. However, many fundamental features are expected to occur in higher dimensions, such as vortex lattice solitons, bright lattice solitons that carry angular momentum, and three-dimensional collisions between lattice solitons. Here, we report the experimental observation of two-dimensional (2D) lattice solitons. We use optical induction, the interference of two or more plane waves in a photosensitive material, to create a 2D photonic lattice in which the solitons form. Our results pave the way for the realization of a variety of nonlinear localization phenomena in photonic lattices and crystals. Finally, our observation directly relates to the proposed lattice solitons in Bose-Einstein condensates, which can be observed in optically induced periodic potentials.