Исследование механизмов генерации суперконтинуума в микросветоводах при возбуждении в области аномальной дисперсии

• Автор: Смирнов, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

I Моделирование генерации СК
§1 Обобщенное нелинейное уравнение Шрёдингера
§2 Учет хроматической дисперсии
§3 Численное интегрирование уравнения распространения
§4 Начальные условия
Выводы
II Эффект самосдвига частоты солитонов
§5 Эксперимент
§6 Моделирование
Выводы
III Динамика генерации СК в БВ
§7 Моделирование
§8 Эксперимент

Выводы
IV Межимпульсная когерентность СК
§9 Моделирование
§10 Интерпретация результатов
§11 Проверка корректности численного моделирования 91 Выводы
V Генерация СК при непрерывном возбуждении
§12 Постановка задачи
§13 Моделирование
Выводы
Заключение
Литература

Одним из самых ярких и интересных явлений современной нелинейной оптики является эффект генерации суперконтинуума (СК), который состоит в существенном увеличении ширины спектра излучения возбуждения (накачки) при распространении в нелинейной среде. Исследования генерации СК представляют не только фундаментально-научный, но также и большой практический интерес. Первый связан с многообразием нелинейно-оптических механизмов, задействованных в формировании широких спектров СК и определяющих совокупность его свойств, которые могут кардинально изменяться как при использовании различных оптических сред, так и при вариации параметров излучения накачки. Интерес к использованию СК в приложениях возник и увеличивался параллельно с фундаментальными исследованиями физической природы и механизмов его генерации, что связано с уникальным набором свойств, которыми может обладать СК: широкий спектр излучения, высокий уровень спектральной плотности мощности, когерентность, пространственная одномодовость (при получении СК в оптических волокнах).
История исследований эффекта генерации СК берет свое начало в конце 1960-х гг., когда Альфано и Шапиро наблюдали уширение спектра 4-пс лазерных импульсов при их прохождении через объемные образцы различных сортов стекол и кристаллов [1,2]. Основным механизмом, приводившим к уширению спектров импульсов накачки до ~ 50 ТГц в этих экспериментах, являлась фазовая самомодуляция (ФСМ). Поскольку спектральное уширение пропорционально плотности потока энергии и пройденному в среде расстоянию, эффект ФСМ может усиливаться за счет самоканализации излучения, что и наблюдалось в

коэффициента от единицы обусловлено не только потерями излучения при распространении по БВ, но и погрешностью нахождения эффективной площади сечения моды волокна. Действительно, эффективность нелинейных процессов определяется плотностью мощности, которая в оптических волокнах может характеризоваться отношением мощности излучения к эффективной площади сечения моды А>//. Следовательно, ошибка в определении мощности излучения эквивалентна ошибке при вычислении Af.fi, которая, в свою очередь, связана с неточностью определения диаметра перетяжки БВ в эксперименте, а также с небольшими изменениями диаметра по длине волокна.
Спектры излучения на выходе из волокна, полученные в численном моделировании при различных мощностях возбуждения, приведены на Рис. 8 справа. Рядом с каждым графиком указано значение пиковой мощности Р импульсов накачки, а также соответствующая ему расчетная плотность мощности в перетяжке БВ диаметром 2,3 мкм. Пунктирной линией на всех графиках отмечена расчетная длина волны нулевой дисперсии перетяжки БВ ~ 750 нм ~ 400 ТГц). Минимальное рассматриваемое значение пиковой мощности импульсов возбуждения Р = 0,55 кВт превосходит мощность фундаментального солитона, однако оказывается недостаточной для формирования соли-тона второго порядка. Это приводит к тому, что в спектре излучения на выходе из волокна присутствует одиночный пик вблизи длины волны накачки и отделившееся от него несолитонное излучение. По мере увеличения входной мощности солитонный пик сдвигается влево, в область низких частот, что обусловлено повышением эффективности зависящего от мощности процесса ВКСР. При Р = 2,9 кВт энергия импульса оказывается достаточной для формирования солитона второго порядка, который в процессе распространения по волокну распадается на два