самомодуляция света

САМОМОДУЛЯЦИЯ СВЕТА - самоиндуцированная фазовая или амплитудная модуляция (в пространстве или во времени) высокоинтенсивного оптич. излучения, распространяющегося в нелинейной среде. При падении на среду плоской монохроматич. волны самомодуляция развивается вследствие параметрической неустойчивости, в результате чего световой пучок разбивается на множество тонких нитей или на серию стационарных импульсов. Если волна первоначально имеет неоднородный профиль интенсивности, то в нелинейной среде сначала появляется фазовая С. с., к-рая затем ведёт к нелинейной трансформации амплитудного распределения. Пространственная фазовая С. с. проявляется в искажении волнового фронта и приводит к самофокусировке света или самодефокусировке света, если среда имеет достаточную протяжённость. Временная фазовая С. с. приводит к 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 нелинейный отклик безынерционен, то Мгновенная частота такого импульса меняется на величину (рис. 2, а)

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

Рис. 2. Фазовая cамомодуляция: о - нелинейная добавка к мгновенной частоте; 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, зависит от частоты:

Т. о., в нелинейной диспергирующей среде разл. участки оптич. импульса имеют разные локальные групповые скорости, отличающиеся от групповой скорости в 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 хвост быстрее вершины, вследствие чего происходит самокомпрессия. Точка самокомпрессии импульса длительностью Т₀, 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)часто выбирают две среды: первая с большой нелинейностью n₂, чтобы получить большую, а вторая - с большой дисперсией нужного знака, В точке компрессии образуется спектрально ограниченный импульс, обратная величина длительности к-рого равна частотной ширине импульса, вышедшего из нелинейной среды с фазой

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

Волна, имеющая пост. амплитуду Е₀, распространяется в нелинейной среде с фазовой скоростью Если среда имеет нелинейный дисперсионный параметр g < 0, то эта стационарная волна неустойчива, т. е. малые возмущения амплитуды и фазы 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 длительностью Т_В.

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

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

   <<      Предметный указатель      >>