Vlastní fázová modulace

Vlastní fázová modulace (SPM) je nelineární optický efekt, který spočívá v závislosti fáze pulzu na její intenzitě vlivem určitých nelineárních efektů (např. Kerrův efekt ). SPM je důležitý při studiu vlastností optických systémů, jako jsou lasery a FOCL . [1] [2] Jeho důsledky jsou samozaostřování a samorozostřování světla. [3]

Teorie

Jako příklad uvažujme šíření ultrakrátkého monochromatického Gaussova pulsu s frekvencí ve hmotě. Další analýza zůstává platná pro pulsy jiného tvaru (například s profilem sek 2 ). Jeho intenzita jako funkce času může být reprezentována jako: $\omega_0$

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

kde je maximální intenzita;

I_0

2\tau

je šířka pulzu na úrovni

1/e.

Podle Kerrova efektu bude během jeho šíření index lomu v každém bodě v médiu funkcí intenzity v tomto bodě:

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

kde je lineární část indexu lomu;

n_{0}

n_{2}

je nelineární část indexu lomu druhého řádu.

V závislosti na znamení bude pozorováno samozaostření nebo samorozostření . $n_{2}$

Následuje příklad odpovídající samoostření. V každém bodě těla se intenzita impulsu nejprve zvýší a poté sníží. To bude modulovat index lomu s časem: $n_{2}>0,$

{\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).

V důsledku závislosti vlnového čísla na indexu lomu získáme fázovou změnu:

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

kde je vlnová délka ve vakuu;

\lambda _{0}

L

je vzdálenost, kterou urazí impuls.

Fázový posun se projevuje jako změna frekvence v oblastech pulzu s různou intenzitou, což lze vyjádřit jako závislost frekvence na čase. "Okamžitá" frekvence má tvar:

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

který lze přepsat jako:

\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).

V blízkosti maxima intenzity se frekvence mění téměř lineárně, což lze znázornit jako:

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

kde

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

Graf frekvence vs. čas znázorňuje modrý posun odtokové hrany (zvýšení frekvence) a červený posun náběžné hrany (snížení frekvence). Získaný efekt zrychlení odtokové hrany a zpomalení náběžné hrany ilustruje kompresi optických pulsů. U pulzů dostatečného výkonu lze pozorovat rovnováhu mezi nelinearitou, která pulz stlačuje, a opačně ovlivňujícím rozptylem, což obecně vede k rozšíření pulzu. Takto získaný profil hybnosti je optický soliton .

Metody pro potlačení jevu v systémech multiplexování spektra

V trunkových a jednokanálových multiplexních systémech je SPM jedním z hlavních limitujících faktorů nelineární optiky, který snižuje přenosovou rychlost. Jeho vliv se snižuje několika způsoby [4] :

pokles výkonu se zvyšujícím se hlukem;
změna disperze.

FSM v optických vláknech

Vlastní fázová modulace může hrát pozitivní a negativní roli v přenosu informací přes FOCL . Mezi negativní aspekty patří možnost rozšíření pulzu a vliv na jeho stabilitu. Na druhou stranu lze změnu spektra pulsu využít pro optické přepínání a získávání signálů kratšího trvání [5] . S jeho pomocí je možné zlepšit zesílení rádiových frekvencí v mikrovlnných optických komunikačních linkách [6] .

Důsledky

Samozaostřování

Pod vlivem intenzivního světelného paprsku může původně opticky homogenní prostředí, kde se šíří, působit jako zaostřovací čočka . Tento jev teoreticky předpověděl G. A. Askaryan v roce 1962 a poprvé jej pozorovali N. F. Pilipetsky a A. R. Rustamov v roce 1965 [7] .

Samorozostření

Samokanalizace

Poznámky

↑ Golyshev V. Yu . - 2004. - T. 74 , č. 7 . - S. 66-69 .
↑ Golyshev V. Yu et al. Samofázová modulace záření v optických komunikačních linkách // Quantum Electronics. - 2006. - T. 36 , č. 10 . - S. 946 - .
↑ Modulace s vlastní fází . R.P. Photonics. Získáno 25. října 2011. Archivováno z originálu 16. července 2012.
↑ Rajiv Ramaswami, Kumar Sivarajan. Optické sítě: Praktická perspektiva. - 2. vydání .. - Morgan Kaufmann, 2001. - 864 s. — ISBN 1558606556 .
↑ Govind P. Agrawal. Vlastní fázová modulace v komunikaci optických vláken: dobrá nebo špatná? . Institut optiky, University of Rochester. Získáno 22. února 2011. Archivováno z originálu 16. července 2012. (neurčitý)
↑ Phillips, MR, Regan, MD Zlepšení zisku mikrovlnného optického spoje pomocí modulace vlastní fáze ve vláknovém interferometru // Photonics Technology Letters, IEEE. - 2008. - T. 20 , č. 24 . - S. 2174-2176 . - doi : 10.1109/LPT.2008.2007809 .
↑ Samozaostřování světla . Fyzická encyklopedie. Získáno 12. března 2011. Archivováno z originálu 10. června 2011. (neurčitý)

Viz také

Literatura

Shen IR Principy nelineární optiky. — M .: Mir, 1989.
Korobkin V. V., Malyutin A. A., Prokhorov A. M. Samofázová modulace a samozaostření záření neodymového laseru během samosvorného režimu // Journal of Experimental and Theoretical Physics . - 1970. - T. 12 , č. 5 . - S. 216-220 .
Akhmanov S. A. , Sukhorukov A. P. , Khokhlov R. V. Samozaostřování a difrakce světla v nelineárním médiu //Uspekhi fizicheskikh nauk. -Ruská akademie věd, 1967. -T. 93,č. 9. -S. 19-70. (Ruština)

Odkazy

Automodulace (Physical Encyclopedia) . Staženo 22. února 2011. (neurčitý)
Vlastní fázová modulace (SPM) a křížová fázová modulace (CPM). (nedostupný odkaz) . Datum přístupu: 22. února 2011. Archivováno z originálu 9. prosince 2013. (neurčitý)

Sekce optiky
geometrická optika vlnová optika kvantová optika Nelineární optika Adaptivní optika Integrovaná optika kovová optika Teorie vyzařování světla Teorie interakce světla s hmotou Spektroskopie laserová optika Fotometrie Fotonika Fyziologická optika Optoelektronika Optomechatronika Optická zařízení Tenkovrstvá optika
Související pokyny	Akustooptika Krystalová optika