光生伏打空间孤子理论及实验研究.pdf

西北大学
硕士学位论文
光生伏打空间孤子理论及实验研究
姓名:康轶凡
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:忽满利
20080610
摘要本文对光折变空间孤子,特别是光生伏打空间孤子进行了理论和实验研究。首先基于光折变效应的物理过程并根据光折变空间孤子的行成机理,从光折变效应的动力学方程出发,得出了无背景光作用的光伏孤子空间电荷场及其演化方程。同时,在适当的约束条件下,得出了相应的亮、暗孤子解。在已有理论基础上详细分析了背景光在光伏孤子形成过程中的作用,得出了和两种类型光折变晶体中分别形成亮、暗光伏孤子的条件;并从实验上首次观察到折射率改变为负的晶体中实现白散焦向自聚焦特性的转化,并进而形成亮光伏孤子的实验事实;依据J墓夥вΡ碚饕庖澹提出了光伏孤子形成过程中背景光的引入所导致的光伏载流子的竞争效应模型。基于此,分析了背景光在此两种类型光折变晶体中实现自散焦和自聚焦特性相互转化过程中的作用,得出了与前述理论分析相一致的结论,最终阐明了此光折变特性相互转化的内在物理机制。同时,也对部分非相干暗光伏孤子进行了实验研究。在:晶体中观察到了部分空间非相干光形成的一维暗光伏孤子,并由此暗光伏孤子在该晶体中诱导出一维波导。这一实验证明了用低能量非相干光束控制转换高能量相干光束的可能性。关键词:光生伏打孤子;背景光;自散焦和自聚焦;载流子竞争模型;非相干光
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学位论文作者签名:座韭&指导教师签名:丝荩学位论文作者签名:尿软兄渤辍拢痮二印辏露嗳晔拢痮西北大学学位论文知识产权声明书本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫西北大学学位论文独创性声明学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》或其它相关数据库。保密论文待解密后适用本声明。本人声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
第一章绪论引言学学科带来了新的生机,引起了新兴学科的发展一非线性光学。光和物质衔K鄄斓降恼飧銎嫣氐乃迨橇魈逶硕囊桓鑫榷ń猓⒊浦理学家利用数值模拟方法研究了等离子体中孤立波的碰撞过程,结果恒。由于孤立波的行为类似与粒子,因此蚙将其命名为“孤立子”或简称为“孤子”。孤子概念被提出后,孤子理论及应用研究得广泛应用于物理学、天文学及生物学等各学科中。不仅在流体力学、等离子体物孤子现象的最早发现及科学记载可追溯到年一名英国科学家灾钠揭撇ǖ墓鄄臁R盟救说拿枋觥拔胰衔#樯芄虏ㄗ詈鲜的方法是描述我第一次认识这一现象时的情景,我正在观察有两匹马拉着的一只航船在窄河道中疾速行驶时的运动,船突然停止前进,但被船所推动的河水并不停止,它积聚在船头,汹涌翻腾,然后呈圆滑的、轮廓分明的孤立突起波形,突然以巨大的速度滚滚向前,离船而去,这个波沿着河道继续前进,显然,并不改变其形状也不减小其速度,我骑马跟踪并且追上了它,它仍以每小时大约英里的速度滚滚向前,并保持它原来的.⒊吒摺⒊叱さ耐庑危ǜ度渐渐减小,追逐了⒗镏螅г诤拥赖墓胀浯ΑU饩褪窃录湮业谝淮闻既患降钠婷疃置览龅木跋蟆N野颜庵窒窒蟪莆F揭撇ā“孤立波’’。但是,当时茨艹晒Φ刂っ魉穆鄱希赜孤立波的问题在当时的许多物理学家中引起了广泛的争论。六十多年后,荷兰著名的数学家和他的学生芯苛饲乘ǖ脑硕⒘酥匠蹋⑶腋隽朔匠痰墓铝⒉ń猓佣馐土薘观察到的现象,证明了孤立波的存在【辏拦蒲Ъ摇⒚拦蒲г涸菏縆和物发现孤立波在相互作用之后不但保持各自的波形不变,而且也满足能量和动量守到了迅猛发展,掀起了一场世界范围内的研究热潮。目前,孤子概念及理论已被理、基本粒子物理与场论等领域孤子的研究不断深入,而且在凝聚态物理、天体物理、超导物理、非线性光学以及分子生物等领域中的孤子现象也相继被发现。世纪年代激光的发明问世开创了许多新的光学研究领域,给古老的光
坑晔状翁岢龅模窃ぱ缘惫庀说牡南咝陨⑿в头窍咝宰首次在实验上观察到了时间光孤子。目前,对时间光孤子的研究已日趋完善,正向实用化方向发展。其研究过程大致可分为四个阶段:~年主要以理论信应用研究为明确目标,着重研究传输理论能量补偿放大等问题;~年是光孤子通信研究蓬勃发展的时期,这期间取得了多方面的突破,完善了传输方理