光誘導光子晶格中渦旋光傳播特性的研究.pdf

1、渦旋光是具有螺旋型等相位面和軌道角動量的特殊光場。它在科學界已經被廣泛的研究，目前已經發(fā)展成為現代光學中一個新的研究領域，在光學微操縱，原子光學，生物學，光學信息傳輸等領域得到了廣泛的應用。在非線性光學領域，光渦旋只能以暗孤子的形式存在于自散焦非線性介質中；在自聚焦非線性下由于其角向調制不穩(wěn)定性，會劈裂成基本孤子態(tài)，從而限制了渦旋光在非線性介質中的應用。最近，人們發(fā)現即使是在自聚焦非線性下，光渦旋在光誘導光子晶格中也能夠以亮孤子形式穩(wěn)定

2、傳播，這為渦旋光的研究開辟了新的方向。
　　 另外一方面，光子晶格作為一種折射率呈周期變化的光學微結構，具有空間帶隙結構，在禁帶中的模式是禁止傳播的。從而使得光波在其中的線性和非線性傳播行為與在連續(xù)介質中不同。其獨特的傳播特性使得光子晶格在全光信號處理，光通訊系統(tǒng)，光交換網絡等方面存在相當大的應用價值。
　　 渦旋光在光子晶格中的傳播行為是離散效應、非線性效應和渦旋光角動量共同作用的結果，必然會產生很多不同于在連續(xù)介質中

3、的新的物理現象。本論文的主要工作就是系統(tǒng)研究渦旋光在二維光誘導光子晶格內部以及光子晶格表面的傳播特性，我們的結果可以為其它非線性周期系統(tǒng)中的渦旋現象研究提供有益的借鑒和參考。主要內容及取得的結果如下：
　　 首先，研究了渦旋光在自聚焦非線性光子晶格中的傳播行為。實驗和理論上實現了一階渦旋帶隙孤子，該帶隙孤子來自第二布洛赫帶；首次在理論上預言了高階渦旋帶隙孤子的存在，該帶隙孤子的相位是二階渦旋；實驗上實現了二維多帶矢量孤子，與連續(xù)

4、介質中矢量孤子不同，組成多帶矢量孤子的兩個模式分別來自不同的布洛赫帶。通過理論研究渦旋光在缺陷光子晶格中的傳播，提出了一種有效激發(fā)高階缺陷模式的方法。
　　 其次，從實驗和理論兩方面研究了一階和二階渦旋光在自散焦非線性光子晶格中的傳播行為。實驗上實現了一階渦旋帶隙孤子，與以往研究的所有帶隙孤子都不同，其空間頻譜不在布里淵區(qū)的高對稱點上，我們從理論上給出了解釋。理論預言和實驗實現了四極帶隙孤子和二階渦旋帶隙孤子，我們的結果表明只需