к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Солитоны

Солитоны оптические - оптические импульсы, сохраняющие структурную устойчивость огибающей при распространении в нелинейной среде даже при наличии возмущающих факторов и взаимодействий с др. С. В зависимости от характера нелинейного взаимодействия излучения с веществом солитонные эффекты в оптике разделяют на резонансные и нерезонансные. В нерезонансных средах оптич. С. формируются в результате баланса двух конкурирующих процессов - дисперсионного расплывания (см. Дисперсия света)и нелинейного самосжатия (см. Самовоздействия света ).Наиб. благоприятные условия для формирования С. реализуются в одномодовых волоконных световодах благодаря предельно малым оптич. потерям (~0,2 дБ/км при длине волны излучения8048-3.jpg = 1,55 мкм) и устойчивости модовой структуры излучения при возрастании входной мощности вплоть до значений, близких к порогу самофокусировки.

Временные эффекты самовоздействия (самосжатия) оптич. импульсов обусловлены нелинейной добавкой к показателю преломления8048-4.jpg , где эфф. значение интенсивности8048-5.jpg определяется отношением пиковой мощности импульса Р0 к эфф. площади моды Sэф,8048-6.jpg- коэф. нелинейности (в кварцевых световодах8048-7.jpg см2/Вт). При распространении импульса на расстояние z его вершина приобретает дополнит. фазовый набег8048-8.jpg(k - волновое число) и, следовательно, зависящую от времени добавку к несущей частоте8048-9.jpg. Т.о., в результате фазовой самомодуляции нарастает несущая частота от фронта импульса к его хвосту, т. е. происходит частотная модуляция. Для скорости частотной модуляции8048-10.jpg справедлива оценка8048-11.jpg, где8048-12.jpg- длительность импульса.

Другой конкурирующий процесс - дисперсионное расплывание импульса возникает вследствие дисперсии групповой скорости, характеризуемой величиной8048-13.jpg Спектрально-ограниченный импульс приобретает частотную модуляцию, скорость к-рой8048-14.jpg зависит от пройденного расстояния z, где8048-15.jpg - дисперсионная длина. В спектральном диапазоне, соответствующем аномальной дисперсии групповой скорости (8048-16.jpg мкм), частота импульса уменьшается от фронта импульса к хвосту.

Из условия баланса конкурирующих процессов8048-17.jpg при прохождении импульсом расстояния8048-18.jpg можно оценить критич. мощность, при к-рой формируется С.8048-19.jpg8048-20.jpg

Основой для адекватного матем. описания процессов формирования и взаимодействия С. пикосекундного диапазона длительностей является нелинейное ур-ние Шрёдингера, к-рому удовлетворяет комплексная амплитуда поля8048-21.jpg (см. Солитон ).Огибающая солитонного импульса имеет вид8048-22.jpg , где8048-23.jpg - расстояние, нормированное на дисперсионную длину8048-24.jpg - бегущее время, нормированное на нач. длительность импульса, и - групповая скорость. Нелинейное ур-ние Шрёдингера принадлежит к классу интегрируемых нелинейных ур-ний и решается обратной задачи, рассеяния методом. Если мощность спектрально-ограниченного импульса превышает критическую, то его асимптотич. поведение при8048-25.jpg определяется солитонной составляющей, амплитуда несолитонной части решения убывает8048-26.jpg

Важным классом аналитически вычисляемых решений нелинейного ур-ния Шрёдингера являются N-солитонные импульсы, соответствующие нач. условиям вида8048-27.jpg , где N - целое число. Они представляют собой нелинейную суперпозицию N движущихся с одинаковой скоростью солитонов с амплитудами qm = (2т - 1), т = 1, 2, .... N. Важные особенности N-солитонных импульсов состоят в том, что их распространение начинается с самосжатия (рис. 1), а модуль комплексной амплитуды периодичен по8048-28.jpg с периодом8048-29.jpg

Закономерности формирования и распространения односолитонных и N-солитонных импульсов были подтверждены экспериментами Л. Молленауэра (L. Mollenauer), Р. X. Столена (R. H. Stolen) и В. Гордона (W. Gordon). В этих опытах с помощью тщательно сформированных пикосекундных импульсов синхронно накачиваемого лазера на центрах окраски (8048-30.jpg = 1,5 мкм; полная длительность импульса по полувысоте ~ 7 пкс;8048-31.jpg Вт) удалось наблюдать односолитонные и N-солитонные импульсы для N8048-32.jpg4. Успешные эксперименты с С. стимулировали их применение в волоконно-оптич. связи для сверхскоростной передачи информации, в технике формирования импульсов фемтосекундной длительности, в спектроскопии быстропротекающих процессов и привели к созданию солитонных лазеров.

Теоретически и экспериментально исследовано влияние различных возмущающих факторов (оптич. потери, дисперсия высших порядков, инерционность нелинейного отклика, стохастич. возмущения формы входного импульса и параметров световода) на распространение пико- и фемтосекундных С. и на их взаимодействие. Показана возможность компенсации оптич. потерь за счёт комбинац. усиления, что позволяет реализовать передачу С. на расстояния до 50 км.

Распространение мощных когерентных импульсов света в резонансно-поглощающих средах (см. Самоиндуцированная прозрачность)также сопровождается солитонными эффектами. Если длительность импульса t0 существенно меньше времён релаксации населённостей T1 и затухания свободной поляризации Т2, то в результате поглощения в течение 1-й половины импульса и последующего усиления в течение 2-й половины импульса формируется стационарный волновой пакет, проникающий в среду на расстояние, существенно превышающее длину линейного поглощения (см. также Двухуровневая система).

Матем. описание этого процесса основывается на системе ур-ний Максвелла - Блоха. Для спектрально-ограниченных импульсов осн. значение имеет площадь, заключённая под огибающей:
8048-33.jpg

где8048-34.jpg , d - дипольный момент резонансного перехода,8048-35.jpg - постоянная Планка. Импульсы с площадью8048-36.jpg и огибающей8048-37.jpg являются устойчивыми. Групповая скорость распространения импульса и меньше скорости света. Характерное время задержки tзимпульса на расстоянии L пропорционально коэф. линейного поглощения8048-38.jpg:8048-39.jpg . Если площадь исходного импульса превышает8048-40.jpgв N раз, то в процессе распространения он разбивается на последовательность N импульсов с разл. длительностями, амплитудами и скоростями (рис. 2).

Солитонные эффекты проявляются при взаимодействии волновых пакетов с разл. несущими частотами в средах с квадратичной нелинейностью ( т. н. параметрические С.). В этом случае стационарный импульс формируется в результате баланса процессов энергообмена и расстройки групповых скоростей. Теоретически показана возможность формирования С. при вынужденном комбинац. рассеянии света (ВКР-солитоны) и в процессе вынужденного Мандельштама - Бриллюэна рассеяния, однако экспериментально они не наблюдались из-за ряда жёстких требований на параметры излучения и среды.
8048-41.jpg

Рис. 2. Разбиение8048-42.jpg-импульса на три8048-43.jpg-импульса при резонансном самовоздействии.

Литература по солитонам

  1. Теория солитонов. Метод обратной задачи, М., 1980;
  2. Аллен Л., Эберли Д ж., Оптический резонане и двухуровневые атомы, пер. с англ., М., 1978;
  3. Ахманов С. А., Вывлоух В. А., Чиркин А. С., Оптика фемтосекундных лазерных импульсов, М., 1988;
  4. Сухоруков А. П., Нелинейные волновые взаимодействия в оптике и радиофизике, М., 1988.

С. А. Ахманов, В. А. Выслоух

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 31.03.2020 - 17:17: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
31.03.2020 - 17:14: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
31.03.2020 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
31.03.2020 - 07:10: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
31.03.2020 - 07:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
29.03.2020 - 20:10: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Современная физика - Карим_Хайдаров.
29.03.2020 - 13:31: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> Момент истины от Андрея Караулова - Карим_Хайдаров.
28.03.2020 - 06:17: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
28.03.2020 - 06:10: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
26.03.2020 - 18:27: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Вихревые эффекты и вихревые теплогенераторы - Карим_Хайдаров.
26.03.2020 - 18:24: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
26.03.2020 - 17:57: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution