皮尔斯-高斯光束在不同非线性介质中的传输特性.pdf

摘要

光纤通信作为现代通信的重要组成部分之一，因其容量大，抗干扰能力强和消

耗低等优点极大地便利了人们的生活，而光孤子在光纤中进行超远距离传输过程中

能够保持形状不变，使成为了光纤通信研究热点之一。光纤中的非线性效应，色散

和损耗，以及光孤子间的相互作用都会影响信息传输质量，因此研究光束（光孤

子）在非线性介质中的传输特性尤为重要。

近年来，皮尔斯-高斯光束由于自聚焦、自修复及形式不变等特性成为了学者

的研究中心。但相关研究大多集中在二维皮尔斯光束，对一维皮尔斯-高斯光束的

传输动力学问题研究较少，特别是在非线性介质中的传输特性等方面。因此，本文

采用分步傅里叶法数值求解了不同非线性介质下一维皮尔斯-高斯光束的传输动力

学，并详细讨论了饱和非线性效应和非局域非线性效应对一维皮尔斯-高斯光束传

输特性以及相互作用的影响，通过改变系统参数实现皮尔斯-高斯光束的可控传

输。具体内容如下：

一、基于饱和非线性薛定谔方程，研究了非对称皮尔斯-高斯光束在饱和非线

性介质中的演化行为。研究结果发现：光束的分布因子和介质的自聚焦效应可以约

束皮尔斯-高斯光束的自反转特性，使得光束主瓣能量脱落形成稳定传输的光孤

子。此外，非线性强度、分布因子、光束初始间隔、以及相对相位等参数对双光束

的相互作用有较大的影响，非线性效应越强以及双光束初始间隔越小，光束相互作

用力越大，形成孤子和孤子对越容易。

二、探究了饱和非线性介质中对称皮尔斯-高斯光束的传输演化行为。结果表

明：在饱和非线性的影响下，光束在中心位置处形成沿传输方向传输的稳定孤子，

光束振幅、饱和系数和分布因子对孤子的稳定性有较大的影响，通过调整系统参数

和光束参数可以调控孤子的周期和峰值强度。此外，还研究了线性啁啾、饱和系数

和初始间距对双光束传输演化行为的影响。

三、基于非局域非线性薛定谔方程，分析了对称皮尔斯-高斯光束在非局域介

质中的传输演化现象。研究结果表明：在非局域介质中光束会形成呼吸态或束缚态

孤子和孤子对，介质的非局域和非线性程度对孤子的周期和强度有较大的影响。此

外，还探究了介质参数以及光束参数对双皮尔斯-高斯光束相互作用的影响，发现

初始相位，振幅和间距可以改变光束的传输轨迹及形态。

I

关键词：皮尔斯-高斯光束；饱和非线性；非局域非线性；相互作用；光束传输

II

ABSTRACT

Opticfibercommunication,asoneoftheimportantcomponentsofmodern

communication,greatlyfacilitatespeopleslivesduetoitslargecapacity,stronganti-

interferenceabilityandlowconsumption.Theabilityofopticalsolitontokeepitsshape

unchangedforlong-distancetransmissioninopticalfiberhasbecomeoneofthehotspots

ofopticalfibercommunicationresearch.Nonlineareffects,dispersionandlossinoptical

fibersandinteractionsbetweenopticalsolitonsaffectthequalityofinformation

transmission,soitisparticularlyimportanttostudythepropagationoflightbeams

(opticalsolitons)innonlinearmedium.

Inrecentyears,