Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
САМОМОДУЛЯЦИЯ СВЕТА

САМОМОДУЛЯЦИЯ СВЕТА

САМОМОДУЛЯЦИЯ СВЕТА - самоиндуцированная фазовая или амплитуднаямодуляция (в пространстве или во времени) высокоинтенсивного оптич. излучения, <распространяющегося в нелинейной среде. При падении на среду плоской монохроматич. <волны самомодуляция развивается вследствие параметрической неустойчивости, врезультате чего световой пучок разбивается на множество тонких нитей илина серию стационарных импульсов. Если волна первоначально имеет неоднородныйпрофиль интенсивности, то в нелинейной среде сначала появляется фазоваяС. с., к-рая затем ведёт к нелинейной трансформации амплитудного распределения. <Пространственная фазовая С. с. проявляется в искажении волнового фронтаи приводит к самофокусировке света или самодефокусировке света, еслисреда имеет достаточную протяжённость. Временная фазовая С. с. приводитк самокомпрессии и саморасплыванию импульса. Оптич. импульс с нач. амплитудным профилем (рис. 1, а) при распространении в нелинейной среде с показателем преломления приобретает нелинейную фазовую добавку (рис. 1, б):

Здесь z - пройденное расстояние,- групповая скорость на несущей частоте w₀, -волновое число, n₂ - нелинейная добавка к показателю преломления.[Показатель преломления среды , где -наведённое световым полем изменение показателя преломления: если нелинейныйотклик безынерционен, то Мгновенная частота такого импульса меняется на величину (рис. 2, а)

Рис. 1. Фазовая самомодуляция: а - амплитудный профиль; б - нелинейныйнабег фазы.

Рис. 2. Фазовая cамомодуляция: о - нелинейная добавка к мгновеннойчастоте; б - нелинейные добавки к групповой скорости.

Фазовая модуляция при наличии зависимости показателя преломления n(w)пли фазовой скорости v(w) от частоты вызывает амплитудную. Действительно, <групповая скорость u в среде, обладающей заметной дисперсией, зависитот частоты:

Т. о., в нелинейной диспергирующей среде разл. участки оптич. импульсаимеют разные локальные групповые скорости, отличающиеся от групповой скоростив линейной среде на величину (рис. 2, б), равную с учётом (2):

Если огибающая импульса имеет колоколообразную форму, напр, гауссовv(рис. 3, а), то в среде с g > 0 его фронт, где распространяется быстрее его вершины, где а хвост с - медленнее, т. е. происходит расплывание импульса, самодекомпрессия (рис.3, б). В среде с параметром g < 0 фронт идёт медленнее, а хвостбыстрее вершины, вследствие чего происходит самокомпрессия. Точка самокомпрессииимпульса длительностью Т ₀, расположена на таком расстоянии l _К от входа в среду, на к-ром хвост догоняет вершину:

Отсюда при длина самокомпрессии

В точке компрессии импульс сжимаотся до мин. длительности:

Для увеличения комирессни (т. е. получения малых Т _к )частовыбирают две среды: первая с большой нелинейностью n₂, чтобыполучить большую ,а вторая - с большой дисперсией нужного знака,В точке компрессии образуется спектрально ограниченный импульс, обратнаявеличина длительности к-рого равна частотной ширине импульса, вышедшегоиз нелинейной среды с фазой

Рис. 3. а - начальный импульс; б - компрессия и декомпрессия.

Волна, имеющая пост. амплитуду Е ₀, распространяетсяв нелинейной среде с фазовой скоростью Если среда имеет нелинейный дисперсионный параметр g< 0, тоэта стационарная волна неустойчива, т. е. малые возмущения амплитуды ифазы в такой среде экспоненциально нарастают и волна приобретает амплитудно-фазовую модуляцию.

Наиб. инкремент имеют временные возмущения с масштабом модуляции Т _В, таким, <что Тогда из (5) следует:

Т. о., стационарная волна разбивается на серию импульсов длительностьюТ _В.

Волновые пакеты в результате распадной неустойчивости разбиваются насовокупность солитонив оптических, а волновые пучки - на отд. нити.

Лит.: К а р п м а н В. И., Нелинейные полны в диспергирующихсредах, М., 1973; Ахманов С. А., Выслоух В. А., Ч и р к и н А. С:., Оптикафемтосекуидных лазерных импульсов, М., 1988.