Параметрические каскадные и гибридные взаимодействия волновых пучков

• Автор: Лобанов, Валерий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ГЛАВА 1. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ РЕФРАКЦИЯ И ОТРАЖЕНИЕ ВОЛНОВЫХ ПУЧКОВ ПРИ НЕКОЛЛИНЕАРНОМ ТРЁХЧАСТОТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
1.1. Параметрическая рефракция при несинхронном трёхчастотном взаимодействии
1.2. Отражение волновых пучков
1.3. Динамика трёхмерного взаимодействия пучков
1.4. Условия эффективного отражения
1.5. Синхронное отражение с преобразованием частоты
1.6. Оптическое переключение и параметрический волновод
ГЛАВА 2. ГИБРИДНОЕ ТРЁХЧАСТОТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ПЕРИОДИЧЕСКИ-НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ
2.1. Дробное и кратное преобразование частоты при фазовом синхронизме и квазисинхронизме
2.2. Приближенные методы анализа квазисинхронных взаимодействий
2.3. Исследование гибридных квазисинхронных взаимодействий с помощью метода усреднения
2.3.1. Знакопеременная модуляция квадратичной восприимчивости
2.3.2. Гармоническая модуляция восприимчивости
2.4. Амплитудные осцилляции квазистационарных волн в среде с периодической модуляцией квадратичной нелинейности
ГЛАВА 3. ГИБРИДНЫЕ ТРЁХЧАСТОТНЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СОЛИТОНЫ
3.1. Генерация гибридного трёхчастотного пространственного
сол итона
3.2. Осциллирующий солитон при квазисинхронизме
3.3. Вариационный метод расчета параметров огибающей
3.4. Исследование влияния индуцированной кубичной нелинейности на характеристики солитона
3.5. Анализ устойчивости гибридных трёхчастотных пространственных солитонов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

В последнее время большое внимание привлекают каскадные и гибридные взаимодействия нескольких волн в квадратично-нелинейных средах. В каскадных процессах возбуждаемые несинхронно волны могут приводить к параметрическому самовоздействию и нелинейной фазовой модуляции. Гибридные процессы объединяют два или более типа параметрических взаимодействий, например генерацию второй гармоники и сложение частот. При использовании волновых пучков эти два процесса приобретают принципиально новые черты, благодаря которым возникают необычные механизмы параметрической локализации и переключения волн в пространстве.
Одной из наиболее интересных проблем оптики является возможность управления световыми пучками. Долгое время для этого использовались оптоэлектронные устройства, обладающие сравнительно малым быстродействием. В последнее время бурно развивается фотоника, изучающая и применяющая различные методы управления светом с помощью света [1-3]. Такой подход позволяет уменьшить размеры телекоммуникационных устройств, повысить их быстродействие. Один из методов чисто оптического переключения основан на использовании характерных свойств и взаимодействия узких пространственных солитонов [4-15]. Солитон распространяется в нелинейной среде без искажения формы, а значит, его можно рассматривать как естественный “бит” информации. Взаимодействие солитонов может быть использовано для реализации логических операций и, в дальнейшем, для создания чисто оптических компьютеров. В работах [16-20] для этих целей рассматривались столкновения векторных, то есть состоящих более чем из одной компонент поля, солитонов в кубичных средах. В кубичнонелинейной среде свет высокой интенсивности вызывает увеличение локального показателя преломления и, таким образом, сам приводит к образованию волновода в однородной среде - образовавшийся пространственный солитон может служить волноводом для более слабого пучка. Сталкивающиеся солитоны образуют сложную перекрещивающуюся
волноводную структуру, которая может использоваться, например, как X-
* ответвитель или (NxN) - переключатель. Пробный луч, имеющий ту же
частоту, что и накачка, распространяющийся в одном из каналов, не имеет отраженного компонента. Он проходит сквозь область взаимодействия солитонов, и его энергия полностью распределяется между выходными каналами. Это одно из наиболее важных свойств (NxN) - переключателей. К настоящему времени предложены и изучены различные виды таких устройств [21-24].
* Система уравнений для огибающих волновых пучков в квадратичнонелинейной среде относится к классу неинтегрируемых систем, и это приводит к появлению новых эффектов, отсутствующих в классических моделях НУШ. Среди них - неупругое взаимодействие солитонов, всегда сопровождаемое излучением части мощности, эффект слияния нескольких солитонов в один и пр. [25-29]. Уникальный характер взаимодействия квадратичных солитонов создает основу для чисто-оптического пространственного переключения
^ световых пучков. Рассматривая их трехмерные взаимодействия [30-37], в
определенном смысле можно говорить о траекториях, описываемых центрами поперечных сечений пучков. В зависимости от типа взаимодействия (притяжение или отталкивание) и начальных условий (расстояние между пучками, углы наклона осей) траектории могут иметь самый разнообразный вид. Среди разных типов непланарных взаимодействий можно выделить, например, эффект закручивания пространственных солитонов в спираль: если два притягивающих друг друга солитона наклонены так, что их волновые вектора лежат в параллельных плоскостях и наклонены в разные стороны под определенным углом, то пучки образуют структуру, напоминающую двойную спираль ДНК [38-39].
Однако, при использовании солитонов требуются достаточно большие мощности для их генерации, и строгий контроль относительных фаз взаимодействующих пучков, что представляет определенные трудности.

Рис. 1.16. Зависимость мощности от расстояния для сигнального (сплошная линия) и холостого (штриховая линия) пучков при синхронном параметрическом отражении. Параметры пучков и среды такие же, как на рис.
1.15.

.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14
Рис. 1.17. Синхронная генерация холостой волны при со3 = 3©,, ю2 = 2ю,, YA« =7, dx = 0.025, 02/0,# =10, Мт =40/6.