Фазовая самомодуляция

Фазовая самомодуляция

Фазовая самомодуляция (ФСМ) — нелинейный оптический эффект, заключающийся в зависимости фазы импульса от его интенсивности вследствие эффекта Керра. ФСМ важен при изучении свойств таких оптических систем, как лазеры и ВОЛС.[1][2] Его следствиями являются самофокусировка и самодефокусировка света.[3]

Содержание

Теория

Импульс (верхняя кривая) распространяется в нелинейной среде испытывая фазовый сдвиг при ФСМ (нижняя кривая). Передний фронт импульса смещается к низим частотам, а задний — к высоким. Вблизи максимума интенсивности изменение фазы почти линейно.

В качестве примера рассмотрим распространение сверхкороткого монохроматического импульса гауссовой формы с частотой \omega_0 в веществе. Дальнейший анализ сохраняет справедливость для импульсов иной формы (например, с профилем sech2). Его интенсивность как функцию времени можно представить в виде

I(t) = I_0 \exp \left(- \frac{t^2}{\tau^2} \right),

где I_0 — максимальная интенсивность, а 2\tau — полуширина импульса. Согласно эффекту Керра, во время его распространения коэффициент преломления в каждой точке среды будет функцией интенсивности в этой точке:

n(I) = n_0 + n_2 \cdot I,

где n_0 — линейный показатель преломления, n_2 — нелинейный показатель преломления второго порядка. В зависимости от знака последнего будет наблюдаться самофокусировка или самодефокусировка. Далее рассматривается пример n_2>0, соответствующий самофокусировке. В каждой точке вещества интенсивность вначале будет нарастать, а затем спадать. Это приведет к модуляции показателя преломления во времени:

\frac{dn(I)}{dt} = n_2 \frac{dI}{dt} = n_2 \cdot I_0 \cdot \frac{-2 t}{\tau^2} \cdot \exp\left(\frac{-t^2}{\tau^2} \right).

Вследствие зависимости волнового числа от показателя преломления, получим изменение фазы

\phi(t) = \omega_0 t - kL = \omega_0 t - \frac{2 \pi}{\lambda_0} \cdot n(I) L,

где \lambda_0 — длина волны в вакууме, а L — расстояние, пройденное импульсом. Фазовый сдвиг проявляется в изменении частоты в областях импульса с различной интенсивностью, что можно выразить зависимостью частоты от времени. «Мгновенная» частота имеет вид

\omega(t) = \frac{d \phi(t)}{dt} = \omega_0 - \frac{2 \pi L}{\lambda_0} \frac{dn(I)}{dt},

что можно переписать как

\omega(t) = \omega_0 + \frac{4 \pi L n_2 I_0}{\lambda_0 \tau^2} \cdot t \cdot \exp\left(\frac{-t^2}{\tau^2}\right).

Вблизи максимума интенсивности частота изменяется практически линейно, что можно представить в виде

\omega(t) = \omega_0 + \alpha \cdot t

где \alpha

\alpha = \left. \frac{d\omega}{dt} \right |_0 = \frac{4 \pi L n_2 I_0}{\lambda_0 \tau^2}.

График зависимости частоты от времени иллюстрирует синий сдвиг заднего фронта (увеличение частоты) и красный переднего (уменьшение частоты). Полученный эффект ускорения заднего фронта и замедления переднего иллюстрирует сжатие оптических импульсов. В импульсах достаточной мощности может наблюдаться баланс между сжимающей импуьс нелинейностью и дисперсией, вообще, приводящей к уширению импульса. Полученный таким образом сигнал является оптическим солитоном.

Методы подавления в системах уплотнения спектра

В магистральных и одноканальных системах уплотнения спектра ФСМ является одним из основных ограничивающих факторов нелинейной оптики. Его влияние уменьшают несколькими способами[4]:

  • уменьшение мощности при увеличении шумов;
  • изменение дисперсии.

ФСМ в оптических волокнах

Фазовая самомодуляция может играть позитивную и негативную роль при передачи информации по ВОЛС. К негативным аспектам относится возможность уширения импульса и влияние на его стабильность. С другой стороны изменение спектра импульса может быть использовано для оптического переключения и получения сигналов меньшей длительности.[5] С её помощью можно улучшить усиление радиочастот в микроволновых оптических линиях связи.[6]

Следствия

Самофокусировка

Под воздействием интенсивности светового пучка среда его распространения может выступать как фокусирующая линза. Это явление было теоретически было предсказано Г. А. Аскарьяном в 1962 и впервые наблюдалось Н. П. Пилипецким и А. Р. Рустамовым в 1965 годах.[7]

Самодефокусировка

Самоканализация


См. также


Примечания

  1. Голышев В. Ю. и др. Влияние фазовой самомодуляции на вынужденное рассеяние Мандельштама—Бриллюэна в волоконно-оптических линиях связи // Журнал технической физики. — 2004. — Т. 74. — № 7. — С. 66—69.
  2. Голышев В. Ю. и др. Фазовая самомодуляция излучения в волоконно-оптических линиях связи // Квантовая электроника. — 2006. — Т. 36. — № 10. — С. 946—.
  3. Self-phase Modulation  (англ.). RP Photonics. Архивировано из первоисточника 16 июля 2012. Проверено 25 октября 2011.
  4. Rajiv Ramaswami, Kumar Sivarajan Optical Networks: A Practical Perspective. — 2nd Ed.. — Morgan Kaufmann, 2001. — 864 p. — ISBN 1558606556
  5. Govind P. Agrawal Self-Phase Modulation in Optical Fiber Communications: Good or Bad?. Institut of Optic, University of Rochester. Архивировано из первоисточника 16 июля 2012. Проверено 22 февраля 2011.
  6. Phillips, M.R., Regan, M.D. Enhancement of Microwave Optical Link Gain by Self-Phase Modulation in a Fiber Interferometer // Photonics Technology Letters, IEEE. — 2008. — Vol. 20. — № 24. — С. 2174—2176. — DOI:10.1109/LPT.2008.2007809
  7. Самофокусировка света. Физическая энциклопедия. Архивировано из первоисточника 16 июля 2012. Проверено 12 марта 2011.

Литература

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем решить контрольную работу

Полезное


Смотреть что такое "Фазовая самомодуляция" в других словарях:

  • САМОМОДУЛЯЦИЯ СВЕТА — самоиндуцированная фазовая или амплитуднаямодуляция (в пространстве или во времени) высокоинтенсивного оптич. излучения …   Физическая энциклопедия

  • СЖАТОЕ СОСТОЯНИЕ — электромагнитного поля состояние поля, прик ром дисперсии флуктуации канонически сопряжённых компонент поля не равны …   Физическая энциклопедия

  • Нелинейная оптика — Нелинейная оптика  раздел оптики, в котором исследуется совокупность оптических явлений, наблюдающихся при взаимодействии световых полей с веществом, у которого имеется нелинейная реакция вектора поляризации на вектор напряженности… …   Википедия

  • Самофокусировка — света один из эффектов самовоздействия света, связанный с концентрацией энергии светового пучка в нелинейной среде. Явление самофокусировки было предсказано советским физиком теоретиком Г. А. Аскарьяном в 1961 году и впервые наблюдалось Н. Ф.… …   Википедия

  • Эффект Керра — Эффект Керра, или квадратичный электрооптический эффект  явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально второй степени напряженности приложенного электрического поля. В сильных полях наблюдаются… …   Википедия

  • ФСМ — федеральный социальный мандат ФСМ фильтровально сорбционный материал ФСМ фосфомицин ФСМ «Фонд Сорос Молдова» http://www.cpbr.md/ …   Словарь сокращений и аббревиатур

  • НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА — раздел оптики, охватывающий исследования распространения мощных световых пучков в тв. телах, жидкостях и газах и их вз ствия с в вом. Сильное световое поле изменяет оптич. хар ки среды (показатель преломления, коэфф. поглощения), к рые становятся …   Физическая энциклопедия

  • ОСТ 45.190-2001: Системы передачи волоконно-оптические. Стыки оптические. Термины и определения — Терминология ОСТ 45.190 2001: Системы передачи волоконно оптические. Стыки оптические. Термины и определения: 1 волоконно оптическая система передачи: ВОСП: Система передачи, в которой все виды сигналов передаются по волокнам оптического кабеля… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • НЕСТАЦИОНАРНЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ — нелинейные оптич. явления, наблюдаемые в импульсных и в модулированных во времени полях эл. магн. волн. Большинство Н. н. о. я. обусловлено инерционностью среды, как инерционностью локального нелинейного отклика, так и инерционностью отклика… …   Физическая энциклопедия

  • НЕЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ — колебательные системы, св ва к рых зависят от происходящих в них процессов. Колебания таких систем описываются нелинейными ур ниями. Нелинейными явл.: механич. системы, где модули упругости тел зависят от деформаций последних или коэфф. трения… …   Физическая энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»