Глава 1. ВВЕДЕНИЕ

В данной главе будет дан самый общий обзор тех характеристик волоконных световодов, которые важны для понимания нелинейных эффектов, обсуждаемых в последующих главах. В разд 1.1 кратко дается ретроспектива развития волоконной оптики. В разд. 1.2 обсуждаются оптические потери, хроматическая дисперсия и двулучепреломление волоконных световодов. Особое внимание уделено хроматической дисперсии из-за ее важности в изучении нелинейных эффектов, возникающих при распространении ультракоротких оптических импульсов. В разд. 1.3 кратко описаны различные нелинейные эффекты, которые обусловлены нелинейным преломлением и вынужденным неупругим рассеянием света. Среди нелинейных эффектов, широко изученных при использовании волоконных световодов в качестве нелинейной среды, - фазовая самомодуляция, фазовая кроссмодуляция, четырехволновое взаимодействие, вынужденное комбинационное рассеяние и вынужденное рассеяние Мандельштама Бриллюэна. Каждый из этих эффектов подробно рассматривается в отдельных главах. В разд. 1.4 рассказывается о структуре обсуждения в книге большого разнообразия нелинейных эффектов в волоконных световодах.

1.1. РЕТРОСПЕКТИВА

Явление полного внутреннего отражения, управляющее распространением света в оптических волокнах, было известно еще в XIX в. [1]. Первые стеклянные волокна без оболочки [2-4] были изготовлены в 20-х годах нашего столетия, тем не менее развитие волоконной оптики начинается только в 50-е годы, когда использование оболочечного слоя [5-7] привело к значительному улучшению характеристик световодов. Волоконная оптика тогда быстро развивалась главным образом с целью использования оптических кабелей из стеклянных волокон для передачи изображений. В книге Капани [8], изданной в 1967 г., дан обзор успехов, достигнутых к тому времени в области волоконной оптики. Первые волоконные световоды по современным меркам имели очень большие потери (типичные потери составляли Однако ситуация резко изменилась в

1970 г., когда благодаря высказанным ранее идеям [9] потери кварцевых световодов были уменьшены до ~20 дБ/км [10]. Дальнейший прогресс в технологии изготовления [11, 12] привел к появлению в 1979 г. волоконного световода с потерями около вблизи длины волны 1,55 мкм [13]. Этот уровень потерь ограничен в основном фундаментальным процессом рэлеевского рассеяния.

Возможности таких волоконных световодов с низкими потерями привели не только к революции в области волоконно-оптической связи [14 17], но и к возникновению новой области науки нелинейной волоконной оптики. Первые нелинейные явления (вынужденное комбинационное рассеяние и рассеяние Мандельштама-Бриллюэна) были экспериментально [18, 19] и теоретически [20] исследованы в одномодовых волоконных световодах еще в 1972 г. Эти работы стимулировали изучение других нелинейных явлений оптически индуцированного двулучепреломления [21], параметрического четырехфотонного смешения [22, 23], фазовой самомодуляции [24, 25]. Важный результат был получен в 1973 г., когда было теоретически показано, что в оптических волокнах могут существовать солитоно-подобные импульсы, которые обусловлены совместным действием эффектов дисперсии и нелинейности [26]. Оптические солитоны позже наблюдались в эксперименте [27]. Их использование привело к большим успехам в области генерации и управления параметрами ультракоротких оптических импульсов [28-32]. В равной степени важное развитие получило использование оптических волокон для сжатия импульсов [33-36]. Были получены импульсы длительностью при использовании волоконных нелинейно-оптических методов сжатия [37] Недавно большое внимание привлекла фазовая кроссмодуляция, возникающая, когда два импульса совместно и одновременно распространяются в волоконном световоде [38 42]. Нелинейная волоконная оптика очень быстро развивалась последние 15 лет. Многие результаты, полученные в этой области, важны как для фундаментальной науки, так и для технологии. Некоторые из них обсуждались в недавних обзорных статьях [43-50] Как ожидается, нелинейная волоконная оптика будет интересна в связи с развитием оптической обработки информации.