- 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
В качестве примера рассмотрим распространение сверхкороткого монохроматического импульса гауссовой формы с частотой в веществе. Дальнейший анализ сохраняет справедливость для импульсов иной формы (например, с профилем sech2). Его интенсивность как функцию времени можно представить в виде
где — максимальная интенсивность, а — полуширина импульса. Согласно эффекту Керра, во время его распространения коэффициент преломления в каждой точке среды будет функцией интенсивности в этой точке:
где — линейный показатель преломления, — нелинейный показатель преломления второго порядка. В зависимости от знака последнего будет наблюдаться самофокусировка или самодефокусировка. Далее рассматривается пример , соответствующий самофокусировке. В каждой точке вещества интенсивность вначале будет нарастать, а затем спадать. Это приведет к модуляции показателя преломления во времени:
Вследствие зависимости волнового числа от показателя преломления, получим изменение фазы
где — длина волны в вакууме, а — 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
что можно переписать как
Вблизи максимума интенсивности частота изменяется практически линейно, что можно представить в виде
где
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
- ↑ 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.
- ↑ Голышев В. Ю. и др. Фазовая самомодуляция излучения в волоконно-оптических линиях связи // Квантовая электроника. — 2006. — Т. 36. — № 10. — С. 946—.
- ↑ Self-phase Modulation (англ.). RP Photonics. Архивировано из первоисточника 16 июля 2012. Проверено 25 октября 2011.
- ↑ Rajiv Ramaswami, Kumar Sivarajan Optical Networks: A Practical Perspective. — 2nd Ed.. — Morgan Kaufmann, 2001. — 864 p. — ISBN 1558606556
- ↑ 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.
- ↑ 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
- ↑ Самофокусировка света. Физическая энциклопедия. Архивировано из первоисточника 16 июля 2012. Проверено 12 марта 2011.
Литература
- И. Р. Шен. Принципы нелинейной оптики. — М.: Мир, 1989.
- Коробкин В. В., Малютин А. А., Прохоров А. М. Фазовая самомодуляция и самофокусировка излучения неодимового лазера при самосинхронизации мод // Письма в ЖЭТФ. — 1970. — Т. 12. — С. 216—220.
- С. А. Ахманов, А. П. Сухоруков, Р. В. Хохлов Самофокусировка и дифракция света в нелинейной среде // УФН. — 1967. — Т. 93. — № 1. — С. 19—70.
Ссылки
- Самомодуляция в Физической энциклопедии. Архивировано из первоисточника 12 мая 2012. Проверено 22 февраля 2011.
- Фазовая самомодуляция (ФСМ) и перекрестная фазовая модуляция (ФКМ).. Архивировано из первоисточника 12 мая 2012. Проверено 22 февраля 2011.
Геометрическая оптика • Физическая оптика • Волновая оптика • Квантовая оптика • Нелинейная оптика • Теория испускания света • Теория взаимодействия света с веществом • Спектроскопия • Лазерная оптика • Фотометрия • Физиологическая оптика • Оптоэлектроника • Оптические приборы Смежные направления Акустооптика • Кристаллооптика Категория:- Нелинейные оптические явления
Wikimedia Foundation. 2010.