ВКР сверхкоротких импульсов

Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР)-нелинейный процесс, который позволяет использовать световоды в качестве широкополосных ВКР-усилителей и перестраиваемых ВКР-лазеров. Но, с другой стороны, этот же процесс может резко ограничить характеристики многоканальных оптических линий связи из-за переноса энергии из одного канала в соседние каналы. В этой главе рассматриваются как применения ВКР, так и паразитные эффекты, связанные с ним. В разд. 8.1 представлены основы теории комбинационного рассеяния, причем подробно обсуждается понятие порога ВКР. В разд. 8.2 рассмотрено ВКР непрерывного или квазинепрерывного излучения. Там же обсуждаются характеристики волоконных ВКР-лазеров и усилителей и рассматриваются перекрестные помехи в многоканальных оптических линиях связи, обусловленные ВКР. ВКР сверхкоротких импульсов (СКИ), возникающее при импульсах накачки длительностью менее 100 пс, рассмотрено в разд. 8.3 и 8.4. В разд. 8.3 рассматривается случай положительной дисперсии групповых скоростей, а разд. 8.4 посвящен изучению солитонных эффектов при ВКР, возникающем в области отрицательной дисперсии групповых скоростей волоконного световода. Особое внимание уделено совместному действию дисперсионного уширения импульса с фазовой самомодуляцией (ФСМ) и фазовой кросс-модуляцией (ФКМ). [c.216]

Режим ВКР может считаться непрерывным для импульсов накачки длительностью 1 не, поскольку длина группового разбегания L , определенная выражением (8.1.21), обычно превышает длину световода L. Однако для сверхкоротких импульсов длительностью Tq < 100 ПС обычно L r < L. ВКР, таким образом, ограничивается разницей групповых скоростей и возникает только на расстояниях г даже если действительная длина световода L значительно больше В то же время благодаря относительно высоким пиковым мощностям становятся важными такие нелинейные эффекты, как ФСМ и ФКМ они могут существенно влиять на эволюцию импульсов накачки и ВКР. В данном разделе обсуждаются экспериментальные и теоретические аспекты ВКР сверхкоротких импульсов в области положительной дисперсии групповых скоростей световодов [90 112]. Следующий раздел посвящен случаю отрицательной дисперсии, где действуют солитонные эффекты, использование которых привело к появлению волоконных солитонных лазеров. [c.234]

Измерения временных характеристик ВКР сверхкоротких импульсов [94-97] показывают, что они подобны приведенным на рис. 8.8. В эксперименте [95] импульсы от лазера на красителе длительностью [c.243]

Перестраиваемый волоконный ВКР-лазер использовался и для демонстрации усиления фемтосекундных оптических импульсов в волоконном ВКР-усилителе в условиях как попутной, так и встречной волн накачки [105]. Попутная накачка использовалась в схеме, где 500-фемтосекундные импульсы сначала проходили через отрезок световода длиной 100 м, где в результате действия дисперсии они уширялись до 23 ПС. Уширенные импульсы вместе с импульсами накачки длительностью 50 пс на длине волны 1,06 мкм вводились в усилитель, состоявший из 1-метрового световода. Усиленные импульсы сжимались в решеточном компрессоре. Сжатые импульсы были несколько шире (600-700 фс) исходных, но усилены по энергии в 15 ООО раз, когда мощность импульсов накачки составляла 150 кВт. Эксперимент показал, что частотная модуляция 23-пикосекундных исходных импульсов мало изменяется при усилении. Это указывает на возможность использования ВКР сверхкоротких импульсов в световодах не только для генерации фемтосекундных импульсов, но и для получения высоких пиковых мощностей. [c.247]

В последнее время наиболее интересные результаты по ВКР сверхкоротких импульсов получены в волоконных световодах. Кварцевые световоды обладают широкими рамановскими линиями (Av=250 см , Гг ЮО фс, см. рис. 3.14) и, следовательно, позволяют эффективно усиливать и преобразовывать импульсы с длительностью порядка 10 фс. В длинных световодах в полной мере проявляются эффекты группового запаздывания. Речь идет не только о насыш.ении усиления на расстоянии порядка групповой длины. Поскольку инкремент уси- [c.138]

Уравнение (2.3.27) также следует модифицировать, если рассматривается распространение сверхкоротких импульсов длительностью < 100 фс. Ширина спектра таких импульсов Дсо становится сравнимой с несущей частотой сОр, и некоторые приближения, сделанные при выводе уравнения (2.3.27), становятся необоснованными. Кроме того, спектр таких коротких импульсов достаточно широкий (> 5 ТГц), так что под действием ВКР низкочастотные компоненты спектра могут усиливаться, получая энергию от высокочастотных компонент спектра того же импульса. В результате спектр короткого [c.46]

В качестве простого применения аналитического решения (8.3.7) рассмотрим порог ВКР [96] сверхкоротких импульсов. Пиковая мощность стоксова импульса на выходе световода (г = L) дается выражением [c.237]

Уравнения (8.3.16) и (8.3.17) можно использовать в случае отрицательной дисперсии, если просто изменить знак второй производной. Как и в случае положительной дисперсии, показанном на рис. 8.8, передача энергии в стоксов импульс происходит вблизи z L ,. Чтобы из импульса ВКР сформировать солитон, необходимо, чтобы "opt - где г р, - оптимальная длина-световода для компрессора, обсуждавшегося в разд. 6.4. Это условие подразумевает, что не должно быть слишком малым по сравнению с дисперсионной длиной Lf). Например, = (я /8) д для солитона третьего порядка, если учесть, что г р, = Го/4 при N = 3, где Zq = (Jt/2) L - период солитона. В разд. 6.4 было показано, что и становятся сравнимыми для фемтосекундных импульсов длительностью Т < 100 фс. Для таких сверхкоротких импульсов различие между импульсами накачки и ВКР смазывается, поскольку их спектры начинают заметно перекрываться. Это видно, например, из того факта, что пик усиления на рис. 8,1 соответствует отстройке частоты величиной 13 ТГц, в то время как ширина спектра 100-фемтосекундного импульса составляет 10 ТГц. Уравнения (8.3.16) и (8.3.17) не дают реалистического описания ВКР фемтосекундных импульсов, в частности для отрицательной дисперсии, где исходный импульс может заметно укорачиваться в начале распространения. [c.248]

Особенности нестационарного ВКР были поняты фактически в конце 60-х — начале 70-х годов [35]. Именно в это время выполнены экспериментальные [36—39] и теоретические [40—45] работы, выявившие главные черты ВКР сверхкоротких световых импульсов. Узкие рама-новские линии в газах имеют ширину 10 —10 Гц. Поэтому уже в поле импульсов длительностью 10—100 не нелинейный отклик молекул становится существенно нестационарным. Инерция отклика мо- [c.136]

Нестационарный молекулярный отклик. Перейдем к рассмотрению вынужденного комбинационного рассеяния сверхкоротких импульсов в средах с узкими рамановскими линиями, когда существенной становится нестационарность локального отклика (То< Г2). Совместное проявление локальной и волновой нестационарности детально рассмотрено в [45], где, в частности, показана возможность формирования стационарных стоксовых импульсов и подавления ВКР в фазово-модулированных импульсах. Далее мы ограничимся важным для спектроскопии случаем, когда протяженность среды меньше групповой длины Z-эфф. Тогда в приближении заданного поля уравнения (5) принимают вид [c.144]

Спектральные и временные свойства ВКР сверхкоротких импульсов исследовались в многочисленных экспериментах в видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра. В эксперименте [92] импульсы длительностью 60 ПС на длине волны 1,06 мкм от Nd ИAГ-лaзepa с синхронизацией мод распространялись по световоду длиной 10 м. Когда мощность накачки превышала порог ВКР ( 1 кВт), генерировались импульсы ВКР. Импульсы и накачки, на ВКР на выходе световода были короче входного импульса, как и следовало ожидать на основании результатов, представленных на рис. 8.8. Спектр импульса ВКР (ширина 2 ТГц) был намного шире, чем спектр импульса накачки. Величина спектрального уширения импульса ВКР при ФКМ по сравнению со спектральным уширением импульса накачки была определена в эксперименте [101], где импульсы длительностью 25 пс на длине волны 532 нм распространялись по световоду длиной 10 м. На рис. 8.10 показаны спектры, наблюдавшиеся при четырех различных значениях энергии импульса накачки. Ширина спектра крыла [c.241]

Влияние группового разбегания импульсов на ВКР сверхкоротких импульсов исследовалось в эксперименте [96], где мощность импульсов накачки длительностью 35 пс на длине волны 532 нм варьирова-la b в пределах 140-210 Вт, а длина световода-в пределах 20-100 м. Временные характеристики измерялись при помощи скоростного dTe-фотодиода и осциллографа. Результаты показывают, что генерация импульса ВКР происходит на первых трех-четырех длинах группового разбегания. Если эффективность преобразования в ВКР [c.244]

С практической ючки зрения ВКР сверхкоротких импульсов является фактором, ограничивающим характеристики волоконно-ре-шеточных компрессоров (см. разд. 6.3), для оптимальной работы которых пиковая мощность входных импульсов должна быть ниже порога ВКР. ВКР действует не только как источник потерь, оно ограничивает качество сжатия импульса [116, 117], поскольку ФКМ между накачкой и стоксовой волной искажает линейность чирпа. Для улучшения качества сжатых импульсов при наличии ВКР использовалась спектральная фильтрация [109]. При этом был выбран фильтр с такой асимметричной полосой пропускания, что прошедший через него импульс имел чирп, близкий к линейному. В недавней работе [112] было показано, что сжатые импульсы хорошего качества можно получить и в режиме сильного ВКР, но только ценой значительной потери энергии. [c.245]

Подводя итоги данной главы, отметим, что ВКР сверхкоротких импульсов в области отрицательной дисперсии световодов-это нелинейное явление, при котором могут генерироваться сверхкороткие солитоноподобные импульсы длительностью менее 100 фс. Эти солитоны нужно отличать от солитонов ВКР, возникающих в молекулярных газах [139]. Там время отклика среды больше длительности солитона, и необходимо учитывать динамику колебательных мод, участвующих в процессе ВКР [139- 141]. В случае световодов время комбинационного отклика много меньше длительности солитона. [c.253]

В гл. 8 рассмотрено вынужденное комбинационное рассеяние ВКР-явление генерации стоксовой волны (смещенной на 13 ТГЦ) в поле волны накачки при распространении накачки в световоде. Это происходит, только когда мощность накачки превышает пороговый уровень. Сначала обсуждаются усиление и порог вынужденного комбинационного рассеяния. Затем в двух отдельных разделах описывается ВКР для случая непрерывной или квазинепрерывной накачки и для случая сверхкоротких импульсов накачки. В последнем случае сочетание ФСМ, ФКМ и ДГС приводит к качественно новым особенностям. Эти особенности могут быть совершенно разными в зависимости от того, находится накачка в области нормальной или аномальной ДГС. Случай аномальной ДГС рассматривается в последнем разделе, особенно вьщелены волоконно-оптические ВКР-лазеры. Также обсуждаются применения ВКР-усилителей в волоконно-оптической связи. [c.30]

Рис. 3.17. Динамика формирования сверхкоротких импульсов ВКР в кварцевом волоконном световоде, возбуждаемом пикосекундными импульсами накачки с гауссовской огибающей спектральная область соответствует нормальной дисперсии групповой скорости. Изображены временные профили интенсивности накачки и стоксова импульса (Я =1,06 мкм, Яс=1,12 мкм, т =5 пс, / = = 1,8-10 Вт/см2, fef>=2,3-10-28 V M)

Синхронно-накачиваемые волоконные ВКР-лазеры привлекательны для генерации сверхкоротких световых импульсов [47]. Когда такие лазеры накачиваются импульсами длительностью < 100 пс, то, вообще говоря, необходимо учитывать эффекты дисперсии групповых скоростей, групповое запаздывание импульсов, ФСМ и ФКМ. Эти эффекты обсуждаются в разд. 8.3, где синхронно накачиваемые волоконные лазеры рассматриваются более подробно в отдельном подразделе. Если импульс ВКР попадает в область отрицательной дисперсии групповых скоростей световода, то солитонные эффекты могут формировать импульсы длительностью 100 фс и менее. Такие волоконные лазеры иногда называют солитонными ВКР-лазерами, подробно они рассматриваются в разд. 8.4. Другое направление развития волоконных лазеров-создание компактных устройств с зеркалами, интегрированными в волоконный резонатор. Один из способов добиться этого [49] замена зеркал на волоконные решеточные отражатели, изготовленные путем травления решетки на сердце-вине короткого отрезка световода. Другой путь-использование кольцевой конфигурации резонатора [48] на основе волоконной петли со связью через волоконный ответвитель - позволяет получить цельноволоконный кольцевой ВКР-лазер с низким порогом. [c.228]

Привлекательным свойством волоконных ВКР-усилителей является широкая полоса усиления (> 5 ТГц). Они могут использоваться для усиления одновременно нескольких каналов в многоканальной системе оптической связи. Это было продемонстрировано в эксперименте [74], где сигналы от трех полупроводниковых лазеров с распределенной обратной связью в диапазоне 1,57-1,58 мкм одновременно усиливались в поле накачки с длиной волны 1,47 мкм. В этом эксперименте излучение накачки было получено от многомодового полупроводникового лазера, что делает данную схему практически применимой для систем оптической связи. При мощности накачки всего 60 мВт было получено усиление 5 дБ. Теоретический анализ двухканального комбинационного усиления показывает, что в общем случае существует взаимодействие между каналами [75]. Широкая полоса усиления волоконных ВКР-усилителей делает их пригодными для усиления коротких оптических импульсов. Усовершенствованию систем оптической связи с помощью комбинационного усиления уделено значительное внимание [76-81]. Наиболее многообещающим кажется использование комбинационного усиления для передачи сверхкоротких солитоноподобных импульсов по световодам длиной несколько тысяч километров [78, 80] (см. разд. 5.4). В эксперименте [79] импульсы длительностью 10 пс на длине волны 1,56 мкм усиливались при накачке непрерывным лазером на центрах окраски с длиной волны 1,46 мкм. Усиление таких коротких импульсов возможно только благодаря широкой полосе ВКР. Недавно в такой схеме было продемонстрировано прохождение солитонов длительностью 55 пс по световоду эффективной длиной 4000 км [81]. [c.232]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...