Selvfasemodulation

Selvfasemodulation (SPM) er en ikke- lineær optisk effekt, som består i pulsfasens afhængighed af dens intensitet på grund af visse ikke-lineære effekter (for eksempel Kerr-effekten ). SPM er vigtig for at studere egenskaberne af optiske systemer såsom lasere og FOCL'er . [1] [2] Dens konsekvenser er selvfokusering og selvdefokusering af lys. [3]

Teori

Som et eksempel kan du overveje udbredelsen af en ultrakort monokromatisk Gauss -puls med en frekvens i stof. Yderligere analyse forbliver gyldig for impulser af en anden form (for eksempel med en sech 2 profil ). Dens intensitet som funktion af tid kan repræsenteres som: $\omega_0$

I(t)=I_{0}\exp \left(-{\frac {t^{2}}{\tau ^{2}}}\right),

hvor er den maksimale intensitet;

I_0

2\tau

er pulsbredden ved niveauet

1/e.

Ifølge Kerr-effekten vil brydningsindekset ved hvert punkt i mediet under dens udbredelse være en funktion af intensiteten på det punkt:

n(I)=n_{0}+n_{2}\cdot I,

hvor er den lineære del af brydningsindekset;

n_{0}

n_{2}

er den ikke-lineære del af andenordens brydningsindeks.

Afhængigt af tegnet vil selvfokusering eller selvdefokusering blive observeret . $n_{2}$

Det følgende er et eksempel svarende til selvfokusering. På hvert punkt af kroppen vil impulsens intensitet først stige og derefter falde. Dette vil modulere brydningsindekset med tiden: $n_{2}>0,$

{\frac {dn(I)}{dt}}=n_{2}{\frac {dI}{dt}}=n_{2}\cdot I_{0}\cdot {\frac {-2t }{\tau ^{2}}}\cdot \exp \left({\frac {-t^{2}}{\tau ^{2}}}\right).

På grund af bølgetallets afhængighed af brydningsindekset opnår vi en faseændring:

\phi (t)=\omega _{0}t-kL=\omega _{0}t-{\frac {2\pi }{\lambda _{0))}\cdot n(I) L,

hvor er bølgelængden i vakuum;

\lambda _{0}

L

er den afstand, impulsen tilbagelægger.

Faseforskydningen viser sig som en frekvensændring i pulsområderne med forskellig intensitet, hvilket kan udtrykkes som en frekvensafhængighed af tid. Den "øjeblikkelige" frekvens har formen:

\omega (t)={\frac {d\phi (t)}{dt))=\omega _{0}-{\frac {2\pi L}{\lambda _{0))} {\frac {dn(I)}{dt)),

som kan omskrives som:

\omega (t)=\omega _{0}+{\frac {4\pi Ln_{2}I_{0}}{\lambda _{0}\tau ^{2}}}\cdot t \cdot \exp \left({\frac {-t^{2}}{\tau ^{2}}}\right).

Nær intensitetsmaksimumet ændres frekvensen næsten lineært, hvilket kan repræsenteres som:

\omega (t)=\omega _{0}+\alpha \cdot t,

hvor

\alpha =\left.{\frac {d\omega }{dt}}\right|_{0}={\frac {4\pi Ln_{2}I_{0}}{\lambda _{ 0}\tau ^{2}}}.

Frekvens vs. tid-plot illustrerer det blå skift af bagkanten (stigning i frekvens) og det røde skift af forkant (fald i frekvens). Den opnåede effekt af acceleration af bagkanten og deceleration af forkanten illustrerer komprimeringen af optiske impulser. I pulser med tilstrækkelig effekt kan der observeres en balance mellem den ikke-linearitet, der komprimerer pulsen, og den modsat påvirkende spredning, hvilket generelt fører til pulsudvidelse. Den således opnåede momentumprofil er en optisk soliton .

Metoder til at undertrykke fænomenet i spektrum multipleksing systemer

I trunk- og enkeltkanals multipleksingsystemer er SPM en af de vigtigste begrænsende faktorer ved ikke-lineær optik, hvilket reducerer transmissionshastigheden. Dens indflydelse er reduceret på flere måder [4] :

fald i effekt med stigende støj;
spredningsændring.

FSM i optiske fibre

Selvfasemodulation kan spille en positiv og negativ rolle i transmissionen af information over FOCL . De negative aspekter omfatter muligheden for pulsudvidelse og indvirkningen på dens stabilitet. På den anden side kan ændringen i pulsspektret bruges til optisk kobling og opnåelse af signaler af kortere varighed [5] . Med dens hjælp er det muligt at forbedre forstærkningen af radiofrekvenser i mikrobølgeoptiske kommunikationslinjer [6] .

Konsekvenser

Selvfokusering

Under påvirkning af en intens lysstråle kan det oprindeligt optisk homogene medium, hvor det forplanter sig, fungere som en fokuseringslinse . Dette fænomen blev teoretisk forudsagt af G. A. Askaryan i 1962 og blev første gang observeret af N. F. Pilipetsky og A. R. Rustamov i 1965 [7] .

Selvdefokuserende

Selvkanalisering

Noter

↑ Golyshev V. Yu . - 2004. - T. 74 , nr. 7 . - S. 66-69 .
↑ Golyshev V. Yu et al. Selvfasemodulation af stråling i fiberoptiske kommunikationslinjer // Quantum Electronics. - 2006. - T. 36 , nr. 10 . - S. 946 - .
↑ Selvfasemodulering . _ R.P. Fotonik. Hentet 25. oktober 2011. Arkiveret fra originalen 16. juli 2012.
↑ Rajiv Ramaswami, Kumar Sivarajan. Optiske netværk: et praktisk perspektiv. - 2. udgave .. - Morgan Kaufmann, 2001. - 864 s. — ISBN 1558606556 .
↑ Govind P. Agrawal. Selvfasemodulering i optisk fiberkommunikation: god eller dårlig? . Institute of Optics, University of Rochester. Hentet 22. februar 2011. Arkiveret fra originalen 16. juli 2012. (ubestemt)
↑ Phillips, MR, Regan, MD Enhancement of Microwave Optical Link Gain by Self-Phase Modulation in a Fiber Interferometer // Photonics Technology Letters, IEEE. - 2008. - T. 20 , nr. 24 . - S. 2174-2176 . - doi : 10.1109/LPT.2008.2007809 .
↑ Selvfokusering af lys . Fysisk encyklopædi. Hentet 12. marts 2011. Arkiveret fra originalen 10. juni 2011. (ubestemt)

Se også

Litteratur

Shen IR Principper for ikke-lineær optik. — M .: Mir, 1989.
Korobkin V. V., Malyutin A. A., Prokhorov A. M. Selvfasemodulering og selvfokusering af neodymlaserstråling under selvlåsning af tilstanden // Journal of Experimental and Theoretical Physics . - 1970. - T. 12 , nr. 5 . - S. 216-220 .
Akhmanov S. A. , Sukhorukov A. P. , Khokhlov R. V. Selvfokusering og lysdiffraktion i et ikke-lineært medium //Uspekhi fizicheskikh nauk. -Det russiske videnskabsakademi, 1967. -T. 93,nr. 9. -S. 19-70. (Russisk)

Links

Selvmodulering (Physical Encyclopedia) . Hentet 22. februar 2011. (ubestemt)
Selvfasemodulation (SPM) og krydsfasemodulation (CPM). (utilgængeligt link) . Dato for adgang: 22. februar 2011. Arkiveret fra originalen 9. december 2013. (ubestemt)

Udsnit af optik
geometrisk optik bølgeoptik kvanteoptik Ikke-lineær optik Adaptiv optik Integreret optik metal optik Teori om lysemission Teori om lysets interaktion med stof Spektroskopi laser optik Fotometri Fotonik Fysiologisk optik Optoelektronik Optomekatronik Optiske enheder Tyndfilmsoptik
Relaterede anvisninger	Akusto-optik Krystal optik