光子晶体中的空间光孤子研究进展

davies2000

看着别人来这里发的原创，很是心动，所以也来发我自己的原创，顺便混点威望，呵呵。但我不是学文科的，而是学理工科的，担心不是很多人能明白，所以发个我自己的毕业论文的绪论部分，希望志同道合的能喜欢。

光子晶体中的空间光孤子研究进展

孤子，又称顾名思义，就是有着稳定的形状的某种波形。所谓空间光孤子，就是光束宽度或者说光束截面不会发生变化的光束。举个例子吧，比如手电发出的光照到墙上时会出现一个远比手电截面大的多的光截面，而如果它发出的光照到墙上时出现一个和自身一样大的光截面，那就叫空间光孤子了。

而光子晶体，其本质是周期性的光结构。周期性结构光学介质系统由于其独特的关于光传输的控制等一些特性近几年引起了人们的强烈关注，兴起了人们对周期性光结构中的非线性光传输，即对非线性效应和周期性效应相互作用的研究，包括耦合波导阵列中的分立孤子，光子晶体光纤中的空间孤子，以及光晶格中的空间孤子等。一方面，这类系统将是发展全光开关器件的理想元件。光孤子对于高速率远距离大容量的全光通信技术的研究和孤子通信技术的商用化具有无可替代的重要性。另一方面，光孤子与周期光结构相互作用的研究同时也将促进其他领域孤子研究的发展，比如像生物分子链，固体物理中电子波所遇到的晶格结构，以及玻色－爱因斯坦凝聚中的周期光学势阱。所有形式的孤子具有共同的物理本质和行为特征，借助于周期型光结构中的光孤子，将帮助理解和探索其他孤子的研究和物理机制。因此，这方面的研究已成为光孤子研究领域新兴的方向。

从空间的角度出发，周期光结构可以看作是一个波导阵列，随着折射率的调制深度的不同而体现出从准连续到分立的特性。当前，周期型光结构中的空间孤子的研究方向主要集中在以下几个方面：一个是弱耦合波导阵列中的分立孤子，其次是准连续光晶格中的空间孤子。

弱耦合波导阵列中的分立孤子在多通道全光开关和全光路由方面有着重要应用。Christodoulides在2001年的研究表明，分立孤子可以被路由选择导向到网络中的任一位置，沿着预设的阵列路径“孤子线路”传输。更为重要的是，这些孤子可以通过利用与其它分立孤子的矢量非相干互作用，被路由选择到波导阵列的交叉点上，这些交叉点表现出孤子开关功能。矢量孤子或复合分立孤子可以通过相互碰撞实现能量传输，结合相关控制技术，可以将孤子约束在固定区域来实现光的按时选通和存储。2003年至2005年期间，R. A. Vicencio、M. I. Molina研究表明，通过分立孤子的能量和相位控制，波导参数的调整等方法，可以将强局域化的分立孤子乃至分立矢量孤子俘获到所期望的波导中。

准连续光晶格中孤子的传输特性的研究则为孤子的全光控制提供了另一种新颖的方式。在2004年到2006年间，西班牙 ICFO 非线性光学中心的Y. V. Kartashov教授的科研小组一直致力于光晶格中空间孤子的传输与控制特性方面的研究。研究表明，非线性光晶格的折射率调制深度和调制周期，光束的宽度，初始功率和入射的角度等都能够影响空间孤子的形成和传输特性，因而能对空间孤子进行有效的控制。此外，准连续光晶格中的多孤子束缚态分裂也备受关注。在光通信中，信息的数字传输是利用光开关进行光信息的编码而实现的。而准连续光晶格能够诱导多孤子束缚态分裂为相应的成分，因此能够编入更多的信息，从而提供更多的编码可能。

主要引用文献：
1 D. Christodoulides and R. Joseph, Discrete self-focusing in nonlinear arrays of coupled waveguides, Opt. Lett. 1988(13): 794-796
2 H. S. Eisenberg, Y. Silberberg, R. Morandotti, A. R. Boyd and J. S. Aitchison, Discrete Spatial Optical Solitons in Waveguide Arrays, Phys. Rev. Lett. 1998(81): 3383-3386
3 Ferrando, M. Zacarés, P. Fernandez de Cordoba, D. Binosi and J. Monsoriu, Spatial soliton formation in photonic crystal fibers, Opt. Express 2003(11): 452-459
4 Ferrando, M. Zacarés, P. Fernández de Córdoba, D. Binosi and J. Monsoriu, Vortex solitons in photonic crystal fibers, Opt. Express 2004(12): 817-822
5 Y. V. Kartashov, A. S. Zelenina, L. Torner and V. A. Vysloukh, Spatial soliton switching in quasi-continuous optical arrays, Opt. Lett. 2004(29): 766-768
6 Y. V. Kartashov, L. Torner and V. A. Vysloukh, Parametric amplification of soliton steering in optical lattices, Opt. Lett. 2004(29):1102-1104
7 D. N. Christodoulides and E. D. Eugenieva, Blocking and routing discrete solitons in two-dimensional networks of nonlinear waveguides arrays, Phys. Rev. Lett. 2001(87): 233901-233904
8 R. A. Vicencio, M. I. Molina and Y. S. Kivshar, Controlled switching of discrete solitons in waveguide arrays, Opt. Lett. 2003(28): 1942-1944
9 R. A. Vicencio, M. I. Molina and Y. S. Kivshar, All-optical switching and amplification of discrete vector solitons in nonlinear cubic birefringent waveguide arrays, Opt. Lett. 2004(29): 2905-2907
10 R. A. Vicencio, M. I. Molina and Y. S. Kivshar, Switching of discrete optical solitons in engineered waveguide arrays, Phys. Rev. E 2004(70): 026602-026609
11 R. A. Vicencio, M. I. Molina and Y. S. Kivshar, Polarization instability, steering, and switching of discrete vector solitons, Phys. Rev. E 2005(71): 056613-056620
12 Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh and L. Torner, Soliton control in chirped photonic lattices, J. Opt. Soc. Am. B 2005(22): 1356-1359
13 Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh and L. Torner, Bragg-type soliton mirror, Opt. Express 2006(14): 1576-1581
14 Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh and L. Torner, Surface gap solitons, Phys. Rev. Lett. 2006(96): 073901-073904
15 Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh and L. Torner, Surface lattice kink solitons, Opt. Express 2006(14): 12365-12372
16 Y. V. Kartashov, A. A. Egorov, V. A. Vysloukh and L. Torner, Surface vortex solitons, Opt. Express 2006(14): 4049-4075
17 Y. V. Kartashov, F. Ye and L. Torner, Vector mixed-gap surface solitons, Opt. Express 2006(14): 4808-4824
18 A. Hasegawa and T. Nyu, Eigenvalue communication, J. Lightwave Technol. 1993(11): 395-399
19 Y. V. Kartashov, L.-C. Crasovan, A. S. Zelenina, V. A. Vysloukh, A. Sanpera, M. Lewenstein and L. Torner, Soliton eigenvalue control in optical lattices, Phys. Rev. Lett. 2004(93): 143902-143905
20 Y. V. Kartashov, V. A. Vysloukh and L. Torner, Soliton control in fading optical lattices, Opt. Lett. 2006(31): 2181-2183

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