光折变的空间孤子的研究进展.doc

光折变的空间孤子的研究进展 　　摘 要光折变空间孤子是目前非线性光学领域的热点课题之一.光折变空间孤子以其低功率、快响应和强非线性效应等特点以及在全光开关、光波导、光互联等方面的潜在应用而受到人们的关注.文章详细介绍了光折变空间孤子的产生机制并综述其研究历史及发展现状.?? 　　关键词非线性光学，光折变空间孤子，综述，光折变效应，光致异构空间孤子?おお? 　　 　　Photorefractive spatial solitons?お? 　　ZHANG Bing-ZhiCUI HuSHE Wei-Long???k?? 　　(State Key Laboratory of Optoeletronic Materials and Technology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China)?お? 　　AbstractPhotorefractive spatial solitons are becoming an important field in nonlinear optics, and are the focus of considerable research due to their interesting features of formation at very low power，fast response and large nonlinearity, besides potential applications in all-optical switching, optical waveguides, optical interconnects etc. We describe the physical mechanism of the formation of photorefractive spatial solitons, and review the history and current status of research in this field.?? 　　Keywordsnonlinear optics，photorefractive spatial solitons，review，photorefractive effect，photoisomerization spatial solitons?おお? 　　 　　1 引言?? 　　 　　孤子现象是由英国科学家 Russell在1834年发现的［1］.当时他在一条浅且窄的运河中观察到一个突起水峰可以保持其轮廓和速度不变在河中向前传播很长一段距离.这个发现引起了科学家的关注和兴趣.因为当时人们认为，一个完整的水波应该是一部分突起在水面上而另一部分在水面之下.这种只有突起部分的水波是不是一种完整的波呢？为什么这种波传播时速度不变？这个问题直到1895年才由Korteweg提出著名的KdV方程给予了理论上的解释，孤子才为学术界普遍接受并得到了广泛的研究［2］.如今，孤子、分形、混沌已经成为非线性领域的三大研究热点［3］.?? 　　物理系统中的孤子具有在传播过程中能量不扩散，波形不发生改变的特点，所以早期人们通常称孤子为“孤立波”.直到1965年，Zabusky 和Kruskal在数值计算中发现等离子体中孤立波在碰撞过程中体现出粒子的一些性质，所以将其命名为孤子.孤子的概念被提出以后，孤子理论得到迅猛的发展［4］，究其原因是孤子现象广泛存在于各种物理系统中.涡旋星系的密度波、浅水波、等离子体中的电荷密度波、生物分子系统(如DNA链)中的激子波、超流氦-3中的声波、玻色-爱因斯坦凝聚中的物质波等等，都与孤子有关［5］.?? 　　光学领域中所发现的孤子称为“光学孤子”.光脉冲或光束在线性介质中传播时会在时间上或空间上展宽.时间的展宽是因为材料的色散效应，空间的展宽是由于光束的衍射效应.如果在非线性介质中传播的光脉冲或光束，其时间或空间上的展宽能够被介质的非线性效应所抵消，则可以形成“光学时间孤子”或“光学空间孤子”［6―10］.光脉冲在块材介质中传播，其时间和空间上可能同时被展宽.如果介质的非线性效应恰好同时平衡时间和空间上的展宽效应，则形成“光学时空孤子”，也称“光学子弹”［11,12］.在共振情况下的光孤子现象也被发现，例如自感应透明孤子、腔共振孤子等等.?? 　　 　　2 光折变效应及其光折变空间孤子?? 　　 　　光学空间孤子由Chiao［13］等人首次提出.他们首次在理论上证明介质中的非线性克尔（Kerr）效应可以平衡光束传播的衍射效应，从而形成光学空间孤子.由于克尔效应比较弱，要产生克尔孤子需要很大的光强（一般需要1MW/cm2的光强），不利于实际