Фазовая самомодуляция (ФСМ) — нелинейный оптический эффект, заключающийся в зависимости фазы импульса от его интенсивности вследствие тех или иных нелинейных эффектов (например, эффекта Керра). ФСМ важен при изучении свойств таких оптических систем, как лазеры и ВОЛС. Его следствиями являются самофокусировка и самодефокусировка света.
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; — ширина импульса на уровне
Согласно эффекту Керра, во время его распространения коэффициент преломления в каждой точке среды будет функцией интенсивности в этой точке:
где — линейная часть показателя преломления; — нелинейная часть показателя преломления второго порядка.
В зависимости от знака будет наблюдаться самофокусировка или самодефокусировка.
Далее рассматривается пример соответствующий самофокусировке. В каждой точке тела интенсивность импульса 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; — 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 импульс нелинейностью и противоположно влияющей дисперсией, в общем случае приводящей к уширению импульса. Полученный таким образом профиль импульса является оптическим солитоном.
Методы подавления явления в системах уплотнения спектра В магистральных и одноканальных системах уплотнения спектра ФСМ является одним из основных ограничивающих факторов нелинейной оптики, снижающих скорость передачи. Его влияние уменьшают несколькими способами: 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. С её помощью можно улучшить усиление радиочастот в микроволновых оптических линиях связи.
Следствия
Самофокусировка
Под воздействием интенсивного светового пучка исходно оптически однородная среда, где он распространяется, может выступать как фокусирующая линза. Это явление было теоретически было предсказано Г. А. Аскарьяном в 1962 году и впервые наблюдалось Н. Ф. Пилипецким и А. Р. Рустамовым в 1965 году.
Самодефокусировка
Самоканализация
Примечания
См. также
Солитон Эффект Поккельса Нелинейная оптика
Литература
Ссылки
Категория:Нелинейные оптические явления