基于二次电光效应的光折变表面孤子的理论研究

The surface solitons propagation dynamics at the interface of nonlinear media with periodic refractive-index has become a considerate topic in nonlinear optics for their poential important applications in optical sensing, switching and exploration of intrinsic and extrinsic surface characteristics. At present, many fantastic optical surface solitons have been a subject of intense study in these nonlinear media with Kerr nonlinearity and saturable nonlinearity via Pockels effect. Spatial solitons in centrosymmeric photorefractive media due to quadratic electro-optic effect require a smaller nonlinearity. The main objective of this program is to investigate the propagation and control of phtorefractive surface spatial solitons due to quadratic electro-optic effect. We will investigate several types of surface solitons, i.e., gap solitons, defect solitons and other novel surface solitons supported by linear and nonlinear lattices in centrosymmtric photorefractive crystals. In addition, we will look for the new optical control scheme for these surface solitons. This program can help widen the research scope of solitons and provide several novel ways for optical spatial solitons and optical control scheme, moreover, it is important to promote the protical development of spatial optical soliton and study the photonic bandgap devices.

由于光学表面孤子在光学检测、光学转换器、探测界面物理特性等方面具有着潜在的应用价值，使得空间孤子在周期性结构的非线性光学系统表面的传输动力学行为成为目前非线性光学领域的研究热点。光学非线性周期介质表面空间孤子的研究主要集中在克尔型介质和基于线性电光效应的饱和非线性介质中，而基于二次电光效应的中心对称光折变介质中空间孤子的形成需要更小的折射率非线性变化。本项目拟以基于二次电光效应的光折变表面孤子的传输和控制为研究对象，通过在中心对称光折变材料中光诱导线性和非线性光子晶格，理论研究这些晶格表面的带隙孤子、缺陷孤子以及其它新颖孤子的存在条件、特征和稳定性，同时探索基于这些孤子的光束控制方式。本项目有助于进一步拓展孤子的研究范围，为空间孤子和光束的控制提供更多的途径，对推动光学空间孤子向实用化方向发展以及光子带隙器件的研究具有重要意义。

空间孤子在周期性结构的非线性光学系统表面的传输动力学行为是目前非线性光学领域的研究热点。本项目主要就在中心对称光折变材料中光诱导线性和非线性光子晶格表面孤子的传输和控制进行了研究。具体研究成果包括：1)我们详细分析了基于二次电光效应的光折变介质中各类光子晶格的带隙结构。2)成功理论预言了基于二次电光效应的光折变表面孤子、缺陷孤子和超晶格孤子态；并理论表明，扩散场引起的非线性折射率变化也会诱导稳定的表面晶格孤子态。3)详细分析了包括外加电场、晶格调制深度、入射光束的初始状态、饱和非线性参数、扩散场等因素对基于二次电光效应的光折变表面孤子特性的影响，建立外界影响因素与表面孤子的存在条件、特征及稳定性之间的定量关系。4)由于饱和非线性参数是温度的函数，基于该原理我们通过调控晶体温度来改变孤子光束的传播特性，可作为一种新的光束控制方式。