基于PT对称Scarf-Ⅱ势的孤子散射及孤子单向流的操控

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近些年,孤子散射引起人们的关注,特别是在PT对称系统中的研究。实验上,PT对称系统是由增益和损耗平衡的两个波导实现的。本文基于PT对称系统,研究孤子的散射问题,通过数值模拟和变分法,对我们得到的数值结果进行简单的理论分析;通过选取合适的孤子和势函数参数,能够实现对孤子传输方向的操控。  本文的内容主要由以下三个部分构成:  1)从经典的Maxwell方程出发,详细推导了本文的研究模型——非线性薛定谔方程,并对其进行无量纲化处理。同时介绍了研究孤子传输的数值方法——分步傅立叶方法,和一种理论上简单分析孤子传输的方法——变分法。  2)基于无量纲化的非线性薛定谔方程,运用数值模拟方法,研究了标准非线性薛定谔方程的精确孤子解作为初始条件,对孤子通过PT对称Scarf-Ⅱ势的散射做了动力学演化。结果表明,适当选取孤子和势函数的参数,孤子可以单向散射。进一步得到此时孤子初始速度、势虚部深度和宽度、势部宽度的窗口。然后通过变分法,用?函数构成的PT对称势,解析地对孤子通过PT对称势后的行为做了一个简单的分析。  3)考虑了在两个PT对称Scarf-Ⅱ势的情况下,孤子的散射问题。首先针对只含势实部的情况,发现孤子通过两个势的散射之后,形成向左和向右的孤子单向流,且孤子和势函数的参数基本相同,除了孤子入射的位置;发现此时形成孤子单向流的参数窗口要比一个势的情况宽得多。其次考虑两个PT对称势时,同样有孤子单向流,而且能够找到参数窗口来控制单向流的方向。这就实现了不同波导中孤子单向流方向的操控。
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