非局域非线性介质中空间暗孤子的理论和实验研究

周罗红; 高星辉; 杨振军; 陆大全; 郭旗; 曹伟文; 胡巍

doi:10.7498/aps.60.044208

摘要

对非局域非线性介质中的空间暗孤子进行了研究.理论上运用牛顿迭代法求解非局域非线性薛定谔方程,得到了不同传播常数下的非局域空间暗孤子的数值解,发现在任何非局域程度以及任何传播常数条件下,都存在暗孤子的解,而且孤子的束宽与非局域程度存在一定的关系.实验上,在染料溶液中观测到了空间暗孤子在非局域非线性介质中的形成.利用输入功率所引起的非线性效应强度的变化,分析了背景光波形对暗孤子的影响,数值模拟结果与实验结果相符合.

关键词:

非局域非线性 /
空间暗孤子

Abstract

In this paper, we investigate spatial dark solitons in nonlocal nonlinear media. Based on the nonlocal nonlinear Schrödinger equation and the diffusion equation, the numerical solutions with different propagation constants are obtained by using the Newton iterative method. And it is found that there exist dark soliton solutions .and the relation between the width of dark soliton and the degree of nonlocality for any propagation constant under arbitrary nonlocal degrees different propagation constants. In experiments, we observe the formation of the spatial dark solitons in the solution of dye. The influence of Gaussian background on dark solitons is also discussed, and the numerical results are in agreement with the experimental results.

Keywords:

nonlocal nonlinearity /
spatial dark solitons

作者及机构信息

1.
华南师范大学光子信息技术广东省高校重点实验室,广州 510631

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10804033),高等学校科技创新团队项目(批准号:06CXTD005),教育部高等学校博士点专项科研基金(批准号:200805740002)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Laboratory of Photonic Information Technology, South China Normal University, Guangzhou 510631, China

参考文献

[1]	Snyder A W, Mitchell D J 1997 Science 276 1538
[2]	Peccianti M, Brzdakiewicz K A, Assanto G 2002 Opt. Lett. 27 1460
[3]	Conti C, Peccianti M, Assanto G 2004 Phys. Rev. Lett. 92 113902
[4]	Fratalocchi A, Assanto G 2005 Appl. Phys. Lett. 86 051109
[5]	Serak S V, Tabiryan N V, Peccianti M, Assanto G 2006 IEEE Photon. Techn. Lett. 18 1094
[6]	Piccardi A, Alberucci A, Bortolozzo U, Residori S, Assanto G 2010 Appl. Phys. Lett. 96 071104
[7]	Rotschild C, Cohen O, Manela O, Segev M 2005 Phys. Rev. Lett. 95 213904
[8]	Rotschild C, Segev M, Xu Z Y, Kartashov Y, Torner L, Cohen O 2006 Opt. Lett. 31 3312
[9]	Rotschild C, Alfassi B, Cohen O, Segev M 2006 Nature Physics 2 769
[10]	Alfassi B, Rotschild C, Manela O, Segev M, Christodoulides D N 2007 Phys. Rev. Lett. 98 213901
[11]	Guo Q, Luo B, Yi F, Chi S, Xie Y Q 2004 Phys. Rev. E 69 016602
[12]	Ouyang S G, Guo Q 2007 Phys. Rev. A 76 053833
[13]	Long X W, Hu W, Zhang T, Guo Qi, Lan S, Gao X C 2007 Acta. Phys. Sin. 56 1397 (in Chinese) [龙学文、胡巍、张涛、郭旗、兰胜、高喜存 2007 56 1397]
[14]	Liang Y B, Zheng Y J, Yang P B, Cao L G, Lu D Q, Hu W, Guo Q 2008 Acta. Phys. Sin. 57 5690 (in Chinese) [梁炎斌、郑亚建、杨平保、曹龙贵、陆大全、胡巍、郭旗 2008 57 5690]
[15]	Zheng R, Gao X H, Cao W W, Chen L X, Lu D Q, Guo Q, Wu L J, Hu W 2010 Acta. Phys. Sin. 59 1063 (in Chinese) [郑睿、高星辉、曹伟文、陈利霞、陆大全、郭旗、吴立军、胡巍 2010 59 1063]
[16]	Hu W, Zhang T, Guo Q, Xuan L, Lan S 2006 Appl. Phys. Lett. 89 071111
[17]	Yang P B, Cao L G, Hu W, Zhu Y Q, Guo Q, Yang X B 2008 Acta. Phys. Sin. 57 285 (in Chinese) [杨平保、曹龙贵、胡巍、朱叶青、郭旗、杨湘波 2008 57 285]
[18]	Ouyang S G, Hu W, Guo Q 2007 Phys. Rev. A 76 053832
[19]	Hu W, Ouyang S G, Yang P B, Guo Q, Lan S 2008 Phys. Rev. A 77 033842
[20]	Zheng Y J, Xuan W T, Lu D Q, Ouyang S G, Hu W, Guo Q 2010 Acta. Phys. Sin. 59 1075 (in Chinese) [郑亚建、宣文涛、陆大全、欧阳世根、胡巍、郭旗 2010 59 1075]
[21]	Burger S, Bongs K, Dettmer S, Ertmer W, Sengstock K 1999 Phys. Rev. Lett. 83 25
[22]	Krolikowski W, Bang O 2000 Phys. Rev. E 63 016610
[23]	Nikolov N I, Neshev D, Krolikowski W, Bang O, Rasmussen J J, Christiansen P L 2004 Opt. Lett. 29 286
[24]	Dreischuh A, Neshev D N, Petersen D E, Bang O, Krolikowski W 2006 Phys. Rev. Lett. 96 043901
[25]	Conti C, Fratalocchi A, Peccianti M, Ruocco G, Trillo S 2009 Phys. Rev. Lett. 102 083902
[26]	Ouyang S G, Guo Q 2009 Opt. Express 17 5170
[27]	Krolikowski W, Bang O, Rasmussen J J, Wyller J 2001 Phys. Rev. E 64 016612

施引文献

[1]	Snyder A W, Mitchell D J 1997 Science 276 1538
[2]	Peccianti M, Brzdakiewicz K A, Assanto G 2002 Opt. Lett. 27 1460
[3]	Conti C, Peccianti M, Assanto G 2004 Phys. Rev. Lett. 92 113902
[4]	Fratalocchi A, Assanto G 2005 Appl. Phys. Lett. 86 051109
[5]	Serak S V, Tabiryan N V, Peccianti M, Assanto G 2006 IEEE Photon. Techn. Lett. 18 1094
[6]	Piccardi A, Alberucci A, Bortolozzo U, Residori S, Assanto G 2010 Appl. Phys. Lett. 96 071104
[7]	Rotschild C, Cohen O, Manela O, Segev M 2005 Phys. Rev. Lett. 95 213904
[8]	Rotschild C, Segev M, Xu Z Y, Kartashov Y, Torner L, Cohen O 2006 Opt. Lett. 31 3312
[9]	Rotschild C, Alfassi B, Cohen O, Segev M 2006 Nature Physics 2 769
[10]	Alfassi B, Rotschild C, Manela O, Segev M, Christodoulides D N 2007 Phys. Rev. Lett. 98 213901
[11]	Guo Q, Luo B, Yi F, Chi S, Xie Y Q 2004 Phys. Rev. E 69 016602
[12]	Ouyang S G, Guo Q 2007 Phys. Rev. A 76 053833
[13]	Long X W, Hu W, Zhang T, Guo Qi, Lan S, Gao X C 2007 Acta. Phys. Sin. 56 1397 (in Chinese) [龙学文、胡巍、张涛、郭旗、兰胜、高喜存 2007 56 1397]
[14]	Liang Y B, Zheng Y J, Yang P B, Cao L G, Lu D Q, Hu W, Guo Q 2008 Acta. Phys. Sin. 57 5690 (in Chinese) [梁炎斌、郑亚建、杨平保、曹龙贵、陆大全、胡巍、郭旗 2008 57 5690]
[15]	Zheng R, Gao X H, Cao W W, Chen L X, Lu D Q, Guo Q, Wu L J, Hu W 2010 Acta. Phys. Sin. 59 1063 (in Chinese) [郑睿、高星辉、曹伟文、陈利霞、陆大全、郭旗、吴立军、胡巍 2010 59 1063]
[16]	Hu W, Zhang T, Guo Q, Xuan L, Lan S 2006 Appl. Phys. Lett. 89 071111
[17]	Yang P B, Cao L G, Hu W, Zhu Y Q, Guo Q, Yang X B 2008 Acta. Phys. Sin. 57 285 (in Chinese) [杨平保、曹龙贵、胡巍、朱叶青、郭旗、杨湘波 2008 57 285]
[18]	Ouyang S G, Hu W, Guo Q 2007 Phys. Rev. A 76 053832
[19]	Hu W, Ouyang S G, Yang P B, Guo Q, Lan S 2008 Phys. Rev. A 77 033842
[20]	Zheng Y J, Xuan W T, Lu D Q, Ouyang S G, Hu W, Guo Q 2010 Acta. Phys. Sin. 59 1075 (in Chinese) [郑亚建、宣文涛、陆大全、欧阳世根、胡巍、郭旗 2010 59 1075]
[21]	Burger S, Bongs K, Dettmer S, Ertmer W, Sengstock K 1999 Phys. Rev. Lett. 83 25
[22]	Krolikowski W, Bang O 2000 Phys. Rev. E 63 016610
[23]	Nikolov N I, Neshev D, Krolikowski W, Bang O, Rasmussen J J, Christiansen P L 2004 Opt. Lett. 29 286
[24]	Dreischuh A, Neshev D N, Petersen D E, Bang O, Krolikowski W 2006 Phys. Rev. Lett. 96 043901
[25]	Conti C, Fratalocchi A, Peccianti M, Ruocco G, Trillo S 2009 Phys. Rev. Lett. 102 083902
[26]	Ouyang S G, Guo Q 2009 Opt. Express 17 5170
[27]	Krolikowski W, Bang O, Rasmussen J J, Wyller J 2001 Phys. Rev. E 64 016612

[1]	李森清, 张肖, 林机. 非局域非线性耦合器中暗孤子的传输. , 2021, 70(18): 184206. doi: 10.7498/aps.70.20210275
[2]	徐丹红, 楼森岳. 非线性光学中的暗孤子分子. , 2020, 69(1): 014208. doi: 10.7498/aps.69.20191347
[3]	郑一帆, 黄光侨, 林机. 非局域高次非线性介质中的多极暗孤子. , 2018, 67(21): 214207. doi: 10.7498/aps.67.20180786
[4]	李一亨, 王靖, 胡巍, 郭旗. 负性介电各向异性向列相液晶中空间光孤子的理论研究. , 2014, 63(18): 184207. doi: 10.7498/aps.63.184207
[5]	高星辉, 张承云, 唐冬, 郑晖, 陆大全, 胡巍. 非局域暗孤子及其稳定性分析. , 2013, 62(4): 044214. doi: 10.7498/aps.62.044214
[6]	赵璨, 马学凯, 王靖, 陆大全, 胡巍. (1+1)维非局域非线性介质的边界对表面孤子的影响. , 2013, 62(9): 094213. doi: 10.7498/aps.62.094213
[7]	王靖, 郑一周, 周罗红, 杨振军, 陆大全, 郭旗, 胡巍. 非局域自散焦克尔介质中空间光暗孤子成丝的理论与实验研究. , 2012, 61(8): 084210. doi: 10.7498/aps.61.084210
[8]	蔡善勇, 梅磊, 彭虎庆, 陆大全, 胡巍. 非局域非线性介质中多极表面光孤子的解析解及其稳定性分析. , 2012, 61(15): 154211. doi: 10.7498/aps.61.154211
[9]	彭虎庆, 马学凯, 陆大全, 胡巍. 热非局域非线性高阶界面孤子的多种孤子解. , 2012, 61(18): 184211. doi: 10.7498/aps.61.184211
[10]	高星辉, 杨振军, 周罗红, 郑一周, 陆大全, 胡巍. 非局域程度对空间暗孤子相互作用的影响. , 2011, 60(8): 084213. doi: 10.7498/aps.60.084213
[11]	徐四六, 刘会平, 易林. 强非局域非线性介质中的二维库墨-高斯孤子簇. , 2010, 59(2): 1069-1074. doi: 10.7498/aps.59.1069
[12]	崔虎, 张冰志, 佘卫龙. 非相干耦合的亮和暗光伏空间孤子对的偏转特性. , 2010, 59(3): 1823-1830. doi: 10.7498/aps.59.1823
[13]	杨振军, 李少华, 陆大全, 胡巍. 非局域非线性克尔介质中两极孤子的变分解. , 2010, 59(7): 4707-4714. doi: 10.7498/aps.59.4707
[14]	戴继慧, 郭旗. 强非局域非线性介质中的旋转涡旋光孤子. , 2009, 58(3): 1752-1757. doi: 10.7498/aps.58.1752
[15]	梁炎斌, 郑亚建, 杨平保, 曹龙贵, 陆大全, 胡巍, 郭旗. 有界非局域非线性介质中空间光孤子传输的研究. , 2008, 57(9): 5690-5698. doi: 10.7498/aps.57.5690
[16]	戴继慧, 郭旗, 史信荣. 强非局域非线性介质中的涡旋光孤子. , 2007, 56(8): 4642-4647. doi: 10.7498/aps.56.4642
[17]	龙学文, 胡巍, 张涛, 郭旗, 兰胜, 高喜存. 向列相液晶中强非局域空间光孤子传输的理论研究. , 2007, 56(3): 1397-1403. doi: 10.7498/aps.56.1397
[18]	张霞萍, 郭旗, 胡巍. 强非局域非线性介质中光束传输的空间光孤子解. , 2005, 54(11): 5189-5193. doi: 10.7498/aps.54.5189
[19]	陆猗, 刘思敏, 郭儒, 杨立森, 黄春福, 汪大云. 完全非相干白光一维光生伏打暗空间孤子. , 2003, 52(12): 3075-3081. doi: 10.7498/aps.52.3075
[20]	卫青, 王奇, 施解龙. 对数型非线性介质中一维空间暗、灰孤子的存在性分析. , 2003, 52(7): 1645-1649. doi: 10.7498/aps.52.1645

计量

文章访问数: 7941
PDF下载量: 993
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板