ОПТИЧЕСКИЕ СОЛИТОНЫ

За 20 лет существования нелинейной волоконной оптики были достигнуты большие успехи как в решении прикладных задач квантовой электроники, так и в изучении фундаментальных физических явлений. Такие нелинейные процессы, как параметрическое усиление, вынужденное комбинационное рассеяние и вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, успешно используются в создании и разработке волоконных лазеров, усилителей и преобразователей параметров излучения. В волоконных световодах изучаются сжатые состояния света, генерация и распространение оптических солитонов, явление фоточувствительности стекла. [c.5]

Особую роль играют нелинейные эффекты в волоконнооптических линиях связи. С одной стороны, нелинейные эффекты в световодах ограничивают возможную скорость и дальность передачи информации по световодам и их необходимо учитывать при создании линий связи. С другой стороны, при определенных условиях нелинейные эффекты могут быть использованы для увеличения скорости и дальности передачи информации. Особо здесь следует упомянуть передачу информации оптическими солитонами-лазерными импульсами, которые за счет совместного действия нелинейных и дисперсионных эффектов распространяются по световоду без дисперсионного уши-рения. [c.5]

Эффекты ФСМ, обсуждавшиеся в разд. 4.1, реально описывают распространение только относительно длинных импульсов (Гд > > 100 пс), для которых дисперсионная длина много больше длины световода L и нелинейной длины. С укорочением импульсов дисперсионная длина становится сравнимой с длиной световода, и теперь необходимо рассмотреть совместное действие эффектов ДГС и ФСМ [8]. В области аномальной дисперсии световода под действием этих двух эффектов в совокупности в световоде могут существовать оптические солитоны [11, 12], которые будут обсуждаться в гл, 5. В области нормальной дисперсии [13-15] совместное действие эффектов ФСМ и ДГС нашло применение в компрессии оптических импульсов. Эта тема обсуждена в гл. 6, В этом разделе рассматриваются спектральные и временные изменения, которые происходят, когда эффект ДГС учитывается при описании ФСМ [13-28], [c.85]

Глава 5 ОПТИЧЕСКИЕ СОЛИТОНЫ [c.104]

ДЕЙСТВИЕ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЯ НА СОЛИТОНЫ Когда оптические солитоны рассматривались в гл. 5, предполагалось, что входной импульс линейно-поляризован вдоль одной из главных осей световода, поддерживающего поляризацию. В данном разделе мы рассмотрим, что происходит с солитонами, когда идеальные условия (угол входной поляризации 0 = 0 или 90°) не выполняются. Существуют два важных вопроса. Во-первых, в световоде со слабым двулучепреломлением пиковая мощность может превысить критическую, необходимую для поляризационной неустойчивости [см. (7.2.19)], что может в свою очередь воздействовать на солитоны, поляризованные вдоль быстрой оси. Во-вторых, в световоде с сильным двулучепреломлением расстройка групповых скоростей между ортогонально-поляризованными компонентами излучения может привести к расщеплению импульса, что также может воздействовать на характеристики солитона. Оба этих вопроса рассмотрены ниже. [c.189]

ОПТИЧЕСКИЕ СОЛИТОНЫ. ПИКО-И ФЕМТОСЕКУНДНЫЕ ИМПУЛЬСЫ В ОПТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ [c.196]

Формирование оптических солитонов — конкуренция и баланс эффектов нелинейного сжатия и дисперсионного расплывания [c.196]

Экспериментальная демонстрация оптических солитонов [c.202]

Успешные эксперименты с оптическими солитонами, результаты которых не только качественно, но и количественно согласуются с теорией, стимулировали развитие новых направлений в экспериментальных и теоретических исследованиях. Перечислим основные из них 1) управление огибающей и спектром пикосекундных импульсов, включая их сжатие с переходом в фемтосекундный диапазон 2) изучение распространения солитонов на сверхдальние расстояния с компенсацией потерь 3) создание солитонных лазеров 4) генерация в световодах импульсных последовательностей с предельно высокой частотой повторения 5) нелинейно-оптическая фильтрация. В последующих параграфах мы обсудим основные результаты, полученные по этим направлениям. [c.204]

В линейных системах волоконно-оптической связи предельная скорость передачи информации ограничивается, в основном, дисперсионным расплыванием импульсов. Так, например, импульс с начальной длительностью в 1 пс (Х=1,5 мкм) уширяется вдвое при распространении на расстояние 40—50 м. Использование пикосекундных оптических солитонов позволяет преодолеть дисперсионные ограничения и повысить скорость передачи информации до 10 бит/с. Выявление предельных возможностей солитонных систем связи и оптимальных режимов передачи информации требует учета ряда возмущающих факторов, таких, как оптические потери, дисперсия высших порядков, конкурирующие нелинейные процессы, взаимодействие солитонов в импульсной последовательности и т. д. [c.207]

Возможности таких волоконных световодов с низкими потерями привели не только к революции в области волоконно-оптической связи [14-17], но и к возникновению новой области науки-нелинейной волоконной оптики. Первые нелинейные явления (вынужденное комбинационное рассеяние и рассеяние Мандельштама-Бриллюэна) были экспериментально [18, 19] и теоретически [20] исследованы в одномодовых волоконных световодах еще в 1972 г. Эти работы стимулировали изучение других нелинейных явлений-оптически индуцированного двулучепреломления [21], параметрического четырехфотонного смешения [22, 23], фазовой самомодуляции [24, 25]. Важный результат был получен в 1973 г., когда было теоретически показано, что в оптических волокнах могут существовать солитоно-подобные импульсы, которые обусловлены совместным действием эффектов дисперсии и нелинейности [26]. Оптические солитоны позже наблюдались в эксперименте [27]. Их использование привело к большим успехам в области генерации и управления параметрами ультракоротких оптических импульсов [28-32]. В равной степени важное развитие получило использование оптических волокон для сжатия импульсов [33-36]. Были получены импульсы длительностью [c.10]

Г лава 5 посвящена оптическим солитонам, привлекающим особое внимание благодаря их фундаментальным свойствам, а также, в перспективе, применениям в волоконно-оптической связи. В начале главы рассматривается эффект модуляционной неустойчивости, чтобы подчеркнуть важность взаимного влияния дисперсионных и нелинейных эффектов, которое может иметь место в области аномальной ДГС оптических волокон. Затем вводится понятие фундаменталь- [c.28]

Уравнение (2,3.27) описывает распространение оптических импульсов в одномодовых световодах. Оно описывает эффекты оптических потерь (а), хроматической дисперсии (Р, и Pj) и нелинейности (у). Физический смысл параметров Pj и Pj рассматривается в разд. 1.2.3, В частности, огибающая импульса распространяется с групповой скоростью Vg = 1/Pi, а Pj характеризует дисперсию групповых скоростей (ДГС), ДГС может быть положительной или отрицательной в зависимости от того, длина волны X больше или меньше длины волны нулевой дисперсии световода (см, рис, 1,5), В области аномальной дисперсии (X > Хд) величина Pj отрицательная, и в волоконном световоде могут распространяться оптические солитоны (гл, 5), Обычно параметр Pj 60 пс /км в видимой области спектра и равен — 20 пс /км на длине волны 1,55 мкм смена знака происходит около 1,3 мкм. [c.46]

Импульсы, излучаемые многими лазерами, можно приближенно считать гауссовскими, тем не менее часто бывает необходимо рассмотреть другие формы импульсов. Обобщенный интерес представляют импульсы, имеюидие форму гиперболического секанса, которые естественно возникают в связи с оптическими солитонами (см. гл. 5). Амплитуда поля таких импульсов на входе в световод имеет форму [c.63]

Существование модуляционной неустойчивости в области отрица-гельной дисперсии групповых скоростей указывает на то, что характер решения уравнения (5.1.1) существенно отличается в случае Р2 < 0. Оказывается, что это уравнение имеет особые решения, которые либо не меняются по z, либо являются периодичными [34-36]. Что же касается волоконных световодов, то данные решения известны как оптические солитоны, которые возникают благодаря совместному действию дисперсионных и нелинейных эффектов. Следующий раздел посвящен свойствам оптических солитонов. [c.111]

Как ранее обсуждалось в разд. 3.4, работа высокоскоростных линий связи обычно ограничена эффектом. дисперсий групповых скоростей, из-за которого импульс уширяется, теряя энергию в битовом промежутке. Поскольку солитоны югyт сохранять свою форму благодаря балансу между нелинейными и дисперсионными эффектами, их использование могло бы улучшить работу таких систем связи. Хотя использовать солитоны для оптической связи было предложено еще в 1973 г. [35], только после экспериментального наблюдения оптических солитонов в 1980 г. [39] эта идея привлекла широкое внимание [64-75]. Однако, прежде чем создавать солитонные линии связи, необходимо рассмотреть эффекты, способные наложить ограничения на конструкцию подобных систем. Наиболее важными из них являются 1) потери в световоде, 2) наличие частотной модуляции в начальном импульсе, 3) взаимодействие соседнин импульсов. В этом разделе обсуждаются ограничения, накладываемые этими явлениями, а также рассматриваются вопросы, связанные с констр> прованием реальных солитонных линий связи. [c.125]

Свойства оптических солитонов, рассмотренные до сих пор в этой главе, основаны на упрощенном уравнении распространения (5.1.1). Как показано в разд. 2.3, в случае когда длительность импульса короче 100 фс, необходимо учитывать нелинейные и дисперсионные члены высших порядков и использовать уравнение (2.3.35). Необходимость учета дисперсии нелинейности (второй член в правой части) была осознана довольно давно [101-106]. Необходимость учесть эффект, связанный с конечным временем отклика нелинейности (последний член в правой части), стала очевидной, когда было открыто новое явление, известное как вынужденное комбинационное саморас-сеяние [107]. С тех пор нелинейным эффектам высшего порядка, возникающим из-за задержки нелинейного от клика в световоде, стали уделять значительное внимание [108-117]. В данном разделе рассмотрено влияние нелинейностей высших порядков на свойства солитонов. [c.136]

Дан обзор современного состояния волновой оптики сверхкоротких импульсов. Особый акцент сделан на новых задачах, связанных с распространением предельно коротких импульсов. Изложены основы фурье-оптикн коротких волновых пакетов, распространяющихся в линейных диспергирующих средах. Рассмотрены нелинейные взаимодействия и самовоздействия фемтосекундных лазерных импульсов, компрессия фемтосекундных импульсов и возможности управления нх формой. Значительное внимание уделено физике формирования и взаимодействия оптических солитонов. Обсуждены основные тенденции развития фемтосекундных лазерных систем. [c.2]

С прикладной точки зрения главный итог разработки эффективных источников коротких световых импульсов связан с открываюш,имися теперь возможностями реализации предельных скоростей оптической обработки и передачи информации. В последние годы выполнены эксперименты, ярко их демонстрируюш,ие созданы оптические бистабильные устройства, переключаемые за времена 10 с, элементы волокон-но-оптических линий связи, информация в которых переносится с по-мош,ью оптических солитонов с длительностью, достигаюш,ей 10 i с. [c.10]

Одним из интереснейших явлений в физике нелинейных волн является формирование устойчивых волновых пакетов, распространяющихся на значительные расстояния без изменения формы. Нелинейная оптика играет в последние годы все большую роль в солитонной физике. В нелинейно-оптических процессах можно указать по крайней мере три типа солитонов. Прежде всего это так называемые шрединге-ровские солитоны, где возникновение устойчивых импульсов связано с балансом действия дисперсии и нелинейности в прозрачной среде. Генерация солитонов возможна и в условиях, когда под влиянием световых импульсов возникает изменение разности населенностей среды — резонансные солитоны. В этом случае солитон формируется, если площадь импульса (интеграл по времени от огибающей) превышает пороговое значение, а длительность импульса меньше характерных времен релаксации. Наконец, оптические солитоны могут возникнуть в среде с квадратичной нелинейностью при взаимодействии волн с сильно различающимися частотами. Образование солитонов здесь связано с балансом эффектов группового запаздывания волн и нелинейного взаимодействия. Этот вид солитонов обсуждается в 3.4. В настоящем параграфе рассматриваются шредингеровские и резонансные солитоны. [c.95]

Особый интерес представляет ситуация, когда баланс дисперсии и нелинейности приводит к формированию устойчивых импульсов, сохраняющих практически неизменную форму при распространении на дистанции, превышающие собственную длину импульса 1=сг в 10 —10 раз. Такие импульсы с полным основанием называют оптическими солитонами ). Первые корректные эксперименты, в которых наблюдались оптические солитоны, были выполнены в 1980 г. Это стало возможным благодаря совершенствованию лазерных источников спектрально-ограниченных пикосекундных импульсов, перестраиваемых в ближнем ИК диапазоне, и созданию одномодовых волоконных световодов с потерями в десятые доли децибелла на километр. [c.196]

Принципиальная возможность наблюдения оптических солитонов в волоконных световодах была предсказана Хасегавой и Таппертом [1] и подтверждена тщательно выполненными экспериментами Молленауэра, Столена и Гордона 12], дальнейший прогресс в этой области представлен в обзорах [3—6]. [c.196]

Упомянем об еще одной интересной особенности распространения оптических солитонов фемтосекундного диапазона длительности, обнаруженной в недавних экспериментах. Она связана с нарастающим по сдвигом центральной частоты в спектре фемтосекундного солитона в область низких частот [33]. Эффект связан с комбинационным взаимодействием различных спектральных компонент импульса. Если низкочастотное крыло спектра солитона попадает в полосу комбинационного усиления, то происходит перекачка энергии из высокочастотной области спектра в низкочастотную. Так, при начальной длительности импульса ti/2=120 фс (Я=1,5 мкм) на выходе световода длиной 52 м наблюдается сдвиг максимума в спектре солитона, достигающий 20 ТГц [33]. Показано, что величина эффекта очень сильно зависит от длительности импульса частотный сдвиг пропорционален То С-Физическая картина ВКР самопреобразования и соответствующие методы математического описания детально обсуждались в 3.6. [c.212]

Смотреть страницы где упоминается термин ОПТИЧЕСКИЕ СОЛИТОНЫ : [c.4] [c.24] [c.29] [c.29] [c.58] [c.105] [c.107] [c.109] [c.111] [c.113] [c.115] [c.117] [c.121] [c.123] [c.125] [c.127] [c.129] [c.131] [c.133] [c.135] [c.137] [c.139] [c.141] [c.143] [c.145]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...