光折变介质中的空间孤子相互作用在非线性光学与光子学中

与在液晶介质中的情形相似，在光折变介质中计及缓慢折射率感应变化和这种变化的非严格定域性的前提下，仍可观察到空间孤子间的相干和非相干两种作用行为。在前一情况下，两空间孤子的相互作用依赖于它们之间的入射相位差，既可表现为互相吸引，也可呈现出相互排斥。在非相干作用条件下，如两入射光束偏振正交或在时间上不同时入射，它们之间没有干涉效应产生，因此在具有自聚焦性质的光折变介质中，两空间亮孤子之间的作用，总是表现出相互吸引的特征。

一种显示在光折变介质中两空间亮孤子相干作用的典型实验如图13-13所示［62］。该实验中两入射光束出自同一台连续He-Ne激光器，波长为632.8 nm，每束光功率约为40 μW；非线性介质为20 mm长SBN∶60晶体，沿其晶体c轴（z坐标轴）方向的厚度为5 mm。两入射光束均沿z方向线偏振并沿x轴方向传播。经聚焦后两光束在晶体端面以θ=6.4 mrad夹角重合入射，光斑尺寸各约为31 μm。为形成稳态的屏蔽空间孤子，对晶体施以均匀的背底光照明，并沿z轴方向施以直流偏压。

图13-13　上图为在SBN光折变晶体内实现双光束产生的孤子之间相互作用的实验装置，下图显示当两入射光束交角为6.4 mrad时，两孤子之间依赖于初始相位差的相互碰撞行为（每幅照片取样范围为235 μm×235 μm，光斑沿y轴方向分离）［62］

图13-13中左边第一竖列照片显示的是当两束光分别入射（A，B）、同时以零相位差入射（A+B）、同时以π相位差（A-B）入射三种情况下，用CCD相机拍摄到的入射端面光斑图形。向右方排列的3竖列照片，依次显示的是在3种外界偏压水平下，记录到的在晶体输出端面处的光斑相对分布图形。(www.xing528.com)

从（A，B）横列照片可看出，在不施加外界偏压电场情况下，每束光的输出光斑尺寸增大为81 μm，而在外施电场达到≥700 V/5 mm的条件下，两输出光束的光斑尺寸保持与输入光斑尺寸近似相同，意味着各自空间孤子的形成。从（A+B）横列照片可看出，两空间孤子形成后由于它们之间的相互干涉作用，两光束呈现出相互吸引靠近的行为。与此相反，从（A-B）横列照片可看出，由于相消干涉作用，两空间孤子呈现出轻度的排斥特点。该实验还表明，如果两入射光束夹角减小并以同相位入射，则两空间孤子光束在样品输出端融合为单一出射光束。

在更多的有关空间孤子在光折变介质中的非相干作用的实验研究中，分别涉及由两非共面入射光束形成的在三维空间内螺旋行进的空间孤子对［63］、多个空间孤子间的级联碰撞［64］、一维孤子与二维孤子间的相互作用［65］以及两个反向而行的空间孤子间的对撞作用等［66］。

最后应该提到的是，无论是在自聚焦介质中形成的空间亮孤子，或者是在自散焦介质中形成的空间暗孤子，都在孤子所在区域形成了折射率值高于其周围区域的空间分布，因此可提供一种特殊的空间波导结构，以利于另外的光强较弱的光束被导引传输［67，68］。在光折变介质内这样形成的光波导结构，曾应用于增强的光学二次谐波产生以及光学参量振荡效应［69，70］。