§ 5.3. Экспериментальная демонстрация оптических солитонов

Экспериментальное исследование закономерностей формирования и распространения односолитонных и многосолитонных пикосекундных импульсов впервые было осуществлено в работе Молленауэра, Оголена и Гордона [2]. В этих опытах с помощью тщательно сформированных спектрально-ограниченных пикосекундных импульсов в

одномодовом волоконном световоде удалось четко реализовать одно-, двух-, трех- и четырехсолитонные импульсы.

Источником импульсов являлся синхронно-накачиваемый лазер на центрах окраски в кристалле (область перестройки ). Источник работал при температуре 70 К, причем для окрашивания кристалла использовался электронный пучок. Синхронная накачка осуществлялась лазером на гранате с неодимом. По результатам измерений спектра генерации и корреляционной функции интенсивности было установлено, что лазер генерировал импульсы длительностью

Рис. 5.5. Самовоздействие -солитонных импульсов при 3 и 4 (слева направо): а — экспериментальные профили корреляционных функций интенсивности на выходе световода [2] (указаны пиковые значения входной мощности); расчетные профили интенсивности

Значение произведения дает основания считать, что импульсы были спектрально-ограниченными, а по форме занимали промежуточное положение между импульсами с огибающей вида и затухающей экспонентой

Излучение лазера вводилось через микрообъектив в одномодовый волоконный световод со ступенчатым профилем показателя преломления, изготовленный из плавленного кварца с легирующими добавками (диаметр сердцевины 9,3 мкм, длина уровень потерь около 1 дБ/км для ). Пиковая мощность импульса в световоде варьировалась в диапазоне от 0,3 до 22,5 Вт.

Экспериментальные профили корреляционных функций интенсивности для различных значений приведены на рис. 5.5. При уширение импульса соответствовало линейному режиму и по величине находилось в согласии с расчетным значением.

По мере роста длительность выходного импульса уменьшалась и для совпадала с начальной, т. е. происходила полная компенсация дисперсионного расплывания нелинейным самосжатием. Этот случай соответствует односолитонному импульсу. Затем наблюдалось сжатие выходного импульса при что соответствует двухсолитонному решению При на профиле корреляционной функции интенсивности появлялись два побочных максимума. Расстояние соответствует безразмерной длине когда связанное состояние двух солитонов формирует «двугорбую» структуру и корреляционная функция имеет три максимума (рис. 5.5). И наконец, при мощности формируется связанное состояние четырех солитонов: импульс имеет три характерных максимума, корреляционная функция — пять. Экспериментальные значения мощности отличаются от теоретически предсказанных в среднем на

Успешные эксперименты с оптическими солитонами, результаты которых не только качественно, но и количественно согласуются с теорией, стимулировали развитие новых направлений в экспериментальных и теоретических исследованиях. Перечислим основные из них: 1) управление огибающей и спектром пикосекундных импульсов, включая их сжатие с переходом в фемтосекундный диапазон; 2) изучение распространения солитонов на сверхдальние расстояния с компенсацией потерь; 3) создание солитонных лазеров; 4) генерация в световодах импульсных последовательностей с предельно высокой частотой повторения; 5) нелинейно-оптическая фильтрация. В последующих параграфах мы обсудим основные результаты, полученные по этим направлениям.