Нелинейная волоконная оптика, Агравал Г., 1996

Нелинейная волоконная оптика, Агравал Г., 1996.
   В книге специалиста из США систематизированы результаты по нелинейной волоконной оптике за первые 20 лет ее развития, с единых позиций рассмотрены вопросы формирования оптических солитонов, компрессия лазерных импульсов, параметрические процессы, а также различные приложения указанных эффектов в разных информационных системах. Большое внимание уделено хроматической дисперсии из-за ее важности в изучении нелинейных эффектов, возникающих при распространении ультракоротких оптических импульсов.
Для специалистов в области нелинейной оптики, исследователей и инженеров, работающих в области волоконно-оптической связи, студентов и аспирантов.

ВЫНУЖДЕННОЕ НЕУПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ.
Вышеупомянутые нелинейные эффекты, связанные с восприимчивостью третьего порядка х3, можно назвать упругим рассеянием свеча в том смысле, что не происходи! обмена энергией между электромагнитным полем и диэлектрической средой. Второй класс нелинейных эффектов вызван вынужденным неупругим рассеянием, при котором оптическое поле передает часть своей энергии нелинейной среде. В эту категорию попадают два важных нелинейных эффекта; оба они связаны с возникновением колебательных мод кварца. Это эффекты вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) и рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ); они были среди первых нелинейных эффектов, обнаруженных в оптических волокнах [18 -20]. Основное различие между этими эффектами состоит в том, что в ВКР принимают участие оптические фононы, тогда как в ВРМБ-акустические.
В простой квантовомеханической модели, применимой и к ВКР, и к ВРМБ, фотон падающего поля (часто называемый накачкой) распадается на фотон меньшей (стоксовой) частоты и фонон, имеющий такие энергию и количество движения, которые соответствуют законам сохранения энергии и количества движения. Конечно, фотон с большей энергией (на так называемой антистоксовой частоте) может возникнуть, если может быть поглощен фонон с надлежащими энергией и количеством движения. Вместе с тем, хотя ВКР и ВРМБ по своей природе очень похожи, различие дисперсионных свойств акустических и оптических фононов приводит к некоторым принципиальным различиям между ними. Основное различие заключается в том. что ВРМБ в волоконных световодах происходят только в обрат ном направлении, а ВКР преимущественно по направлению распространения.
ОГЛАВЛЕНИЕ     
Предисловие редактора перевода 5
Предисловие 7
Глава 1. ВВЕДЕНИЕ 9
1.1. Ретроспектива 9
1.2. Характеристики волоконных световодов 10
1.2.1. Материалы и изготовление 12
1.2.2. Оптические потери 13
1.2.3. Хроматическая дисперсия 15
1.2.4. Модовое двулучепреломление 20
1.3. Нелинейные эффекты в волоконных световодах 23
1.3.1. Нелинейное преломление 23
1.3.2. Вынужденное неупругое рассеяние 25
1.3.3. Важность нелинейных эффектов 26
1.4. Структура книги 27
Литература 31
Глава 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН В ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ 33
2.1. Уравнения Максвелла 33
2.2. Моды волоконного световода 36
2.3. Основное уравнение распространения 41
2.4. Численные методы 49
Литература 52
Глава 3. ДИСПЕРСИЯ ГРУППОВЫХ СКОРОСТЕЙ 55
3.1. Разные режимы распространения 55
3.2. Дисперсионное уширение импульсов 58
3.3. Дисперсия высшего порядка 67
3.4. Применения в оптических системах связи 73
Литература 76
Глава 4. ФАЗОВАЯ САМОМОДУЛЯЦИЯ (ФСМ) 77
4.1. Спектральное уширение под действием ФСМ 77
4.2. Влияние дисперсии групповых скоростей 85
4.3. Образование ударной волны огибающей 96
Литература 102
Глава 5. ОПТИЧЕСКИЕ СОЛИТОНЫ 104
5.1. Модуляционная неустойчивость 104
5.2. Фундаментальные солитоны и солитоны высших порядков 111
5.3. Солитонные лазеры 122
5.4. Солитонные линии связи 125
5.4.1. Потери в световоде 125
5.4.2. Частотная модуляция 129
5.4.3. Взаимодействие солитонов 131
5.4.4. Вопросы, связанные с конструированием конкретных солитонных линий связи 133
5.5 Нелинейные эффекты высших порядков 136
Литература 143
Глава 6. СЖАТИЕ ОПТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ 147
6.1. Введение 147
6.2. Пара дифракционных решеток 149
6.3. Волоконна-решеточные компрессоры 153
6.3.1. Теория 153
6.3.2. Эксперименты 159
6.4. Компрессоры, основанные на эффекте многосолитонного сжатия 165
6.4.1. Теория 165
6.4.2. Эксперименты 167
Литература 170
Глава 7. ФАЗОВАЯ КРОСС-МОДУЛЯЦИЯ (ФКМ) 172
7.1. Нелинейное взаимодействие, обусловленное ФКМ 173
7.1.1. Взаимодействие волн, имеющих различные частоты 173
7.1.2. Связь между компонентами вектора поляризации одной волны 176
7.2. Эффекты, связанные с нелинейным двулучепреломлением 178
7.2.1. Оптический эффект Керра 179
7.2.2. Изменение формы импульсов 183
7.2.3. Поляризационная неустойчивость 186
7.2.4. Действие двулучепреломления на солитоны 189
7.3. Модуляционная неустойчивость, вызванная ФКМ 193
7.4. Спектральные и временные эффекты 198
7.4.1. Асимметричное уширение спектра 199
7.4.2. Асимметричные временные изменения 205
7.5. Невзаимность, вызванная ФКМ 209
7.6. Значение для систем оптической связи 211
Литература 213
Глава 8. ВЫНУЖДЕННОЕ КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ (ВКР) 216
8.1. Комбинационное (рамановское) усиление и порог ВКР 216
8.2. Квазинепрерывное ВКР 223
8.2.1. Однопроходная генерация стоксовых компонент 223
8.2.2. Волоконные ВКР-лазеры 226
8.2.3. Волоконные ВКР-усилители 228
8.2.4. Перекрестные помехи, обусловленные ВКР 232
8.3. ВКР сверхкоротких импульсов 234
8.3.1. Теория 234
8.3.2. Эксперименты 241
8.3.3. Волоконные ВКР-лазеры с синхронной накачкой 245
8.4. Солитонные эффекты при ВКР 247
Литература 254
Глава 9. ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ МАНДЕЛЬШТАМА БРИЛЛЮЭНА (ВРМБ) 257
9.1. ВРМБ-усиление 257
9.2. Теория 261
9.2.1. Порог ВРМБ 262
9.2.2. Истощение накачки и насыщение усиления 263
9.2.3. Динамика ВРМБ 265
9.3. Экспериментальные результаты 269
9.3.1. Однопроходные ВРМБ 269
9.3.2. Волоконные ВРМБ-лазеры 272
9.3.3. Волоконные ВРМБ-усилители 274
9.4. Применения в системах оптической связи 276
Литература 279
Глава 10. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 281
10.1. Четырехволновое смешение 281
10.2. Параметрическое усиление 284
10.3. Способы получения фазового синхронизма и экспериментальные результаты 288
10.3.1. Фазовый синхронизм в многомодовых световодах 289
10.3.2. Фазовый синхронизм в одномодовых световодах 293
10.3.3. Фазовое согласование в двулучепреломляющих световодах 297
10.4. Параметрическое усиление и его применения 301
10.4.1. Коэффициент усиления и ширина полосы 301
10.4.2. Экспериментальные результаты 304
10.4.3. Применения 306
10.5. Генерация второй гармоники 308
Литература 315
Заключение 317
Литература 319.