新型人工晶格波导中晶格孤子对称性自发破缺的研究

本项目采用一种新型人工晶格波导-Virtual 晶格波导来研究在波导中传播的晶格孤子对称性自发破缺的问题。这种新型材料的特点是由折射率较低的非线性材料和折射率较高的线性材料组合而成。当晶格孤子在其中传输时，晶格波导中的性部分和非线性部分存在竞争。因此，改变晶格孤子功率，会改变这种竞争关系，从而导致孤子的对称性发生自发破缺，由此引发孤子和系统的导波性能发生改变。我们将通过定义合适的序参量，分别在一维和二维Virtual晶格波导系统中对孤子在不同非线性强度下的对称性进行分析，研究由于自发破缺所引起的孤子相变，以及Virtual晶格导波的导波性能的改变。同时，我们将通过实验Virtual晶格波导进行制备，争取实验上对孤子对称性破缺的现象进行观测。通过对Virtual晶格波导进行制备以及在其中传播的孤子对称性行为的研究，寻找一种光场控制的新方案，为全光网络通信和全光器件的开发提供新的思路。

本项目在理论上研究并设计了包括一维、二维连续和离散晶格波导，螺旋圆筒形晶格波导在内的几类新型晶格波导，通过建立光场在这些波导中的非线性传输方程，研究了这几类波导中晶格孤子对称性自发破缺的机制和破缺过程，总结出了晶格孤子对称性自发破缺的一般规律。通过研究晶格孤子对称性自发破缺前后的特征，研究了晶格孤子在此过程中的物理性质，获得了操控光场在此类周期结构中进行非线性传播及与之伴随的对称性演化的手段。另外，本项目还在实验上对含有主动介质的晶格波导系统的制备及应用前景进行了研究，发现这类系统具有可调谐的功率操控特性，以及良好的色分效果，这些发现在基色分离效应中存在重要的应用价值。同时，本项目基于上述对称性破缺的一般规律，对其它相关问题进行了交叉研究, 如具有偶极相互作用的玻色‐爱因斯坦凝聚体中物质波子的对称性自发破缺，以及在晶格中如何形成物质波晶格孤子等，也得到了一系列有意义的研究成果。