1、6.6 自感應(yīng)透明效應(yīng)6.6.1 自感應(yīng)透明效應(yīng)機(jī)理及其性質(zhì)6.6.2 自感應(yīng)透明現(xiàn)象6.6.3 自感應(yīng)透明效應(yīng)的應(yīng)用（光弧子通信）16.6.1 自感應(yīng)透明效應(yīng)機(jī)理及其性質(zhì) 到目前為止，我們假設(shè)激勵脈沖在介質(zhì)中傳播時不受到介質(zhì)對場的瞬態(tài)響應(yīng)的影響。實際上，這只是一種很好的近似。當(dāng)介質(zhì)很薄時，激勵脈沖不發(fā)生可察覺的畸變；介質(zhì)厚，激勵脈沖發(fā)生可察覺的畸變。 當(dāng)脈沖進(jìn)入共振介質(zhì)中時，若共振介質(zhì)對入射強(qiáng)短脈沖無任何衰減，且脈沖形狀也不發(fā)生改變時，這種現(xiàn)象稱為自感應(yīng)透明效應(yīng)，這種效應(yīng)實際上是脈沖的傳播效應(yīng)。 2 自感應(yīng)透明的直觀物理圖像是，對于2脈沖，在其傳播過程中，前半部分被介質(zhì)吸收的能量，在后半部分

2、到來時以相干輻射的形式發(fā)射出來。所以，脈沖的能量和形狀在傳播過程中是保持不變的，而脈沖的傳播速度將大大小于光在介質(zhì)中的傳播速度。 自感應(yīng)透明效應(yīng)的具體特性可以用其基本方程組和面積定理來描述。 3 自感應(yīng)透明現(xiàn)象的基本方程如下: 4 面積定理如下： 其中： 56.6.2 自感應(yīng)透明現(xiàn)象低功率脈沖通過共振介質(zhì)的情況 當(dāng)脈沖功率很低時， 很小， 很小， ，面積定理可以變?yōu)椋?該方程的解為： 相應(yīng)的脈沖強(qiáng)度（或能量）隨z的變化規(guī)律為： 上式為比爾吸收定律，是一個指數(shù)衰減函數(shù)， 為小脈沖的 吸收系數(shù)。6高功率脈沖通過共振介質(zhì)的情況 對于高功率脈沖，將面積定理直接積分可得： 該式是一個超越方程，只有知道脈

3、沖的具體形狀才能求 解。對于某些特殊的情況，我們可以看出其變化規(guī)律。 由面積定理可以看出，面積定理存在平衡解 ： ， =1，2，3，.。 在這些解中 為奇數(shù)時是不穩(wěn)定的解， 稍偏離 ，就將導(dǎo)致 很大的變化；為偶數(shù)時，是穩(wěn)定的平衡解。于是一個局域初始面積的脈沖在介質(zhì)中傳播時，其面積將逐漸趨于最接近的偶數(shù)倍 的值。7 （a）是根據(jù)面積定律繪出的 與 的關(guān)系曲線。可以看出： ，（例如 時，因 ，隨著距離 的增大，脈沖面積 減小，最后趨于0，表示脈沖在傳播8 過程中逐漸被吸收；當(dāng) （例如 ）時，由于 ，脈沖面積會隨著距離的增大而增大，但并非無限增大，而是趨近于 。這兩種變化過程也可通過（b）所示的計算

4、機(jī)計算出的脈沖波形隨z的變化看出。實際上，由于脈沖面積初始值的不同，其變化情況也不一樣，但在傳播過程中通過與介質(zhì)的能量交換，脈沖最終總要逐漸穩(wěn)定在最靠近的脈沖面積為 的整數(shù)倍上。上述討論中，脈沖面積趨于穩(wěn)定不變的現(xiàn)象就是自感應(yīng)透明現(xiàn)象。 96.6.3 自感應(yīng)透明效應(yīng)的應(yīng)用基本概念 弧子：又稱孤立波，是一種特殊形式的超短脈沖，它在傳播過程中形狀、幅度和速度都維持不變。孤子是物質(zhì)非線性效應(yīng)的一種特殊產(chǎn)物 ，包括光弧子、聲弧子、電弧子等。 光弧子:在光纖中長時間傳播能保持形態(tài)、幅度和速度不變的光脈沖。 用途：可以實現(xiàn)超長距離、超大容量的光通信10傳統(tǒng)光纖通信的缺陷 限制傳輸距離和傳輸能量的主要原因是

5、:損耗和色散。 損耗：是光信號在傳輸中，能量不斷發(fā)生減弱。 色散：光纖的色散使得不同頻率的光波以不同的速度傳播，經(jīng)過長距離長時間的傳播，使光脈沖在傳輸中逐漸展寬，使得信號畸變失真。 11光纖的非線性效應(yīng)（壓縮效應(yīng) ） 壓縮效應(yīng)：在光纖中，光的強(qiáng)度變化時使頻率發(fā)生變化，從而使傳播速度變化。在光纖中這種變化使光脈沖后沿的頻率變高、傳播速度變快；而前沿的頻率變低、傳播速度變慢。這就造成脈沖后沿比前沿運動快，從而使脈沖受到壓縮變窄。 實際上，壓縮效應(yīng)是與展寬效應(yīng)相對的過程，若兩者能夠相互抵消，光纖傳輸會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？ 光脈沖就會像一個一個孤立的粒子那樣形成光孤子，能在光纖傳輸中保持不變，實現(xiàn)超長距離

6、、超大容量的通信。 12光弧子通信 光孤子通信是一種全光非線性通信方案，其基本原理是光纖折射率的非線性（自相位調(diào)制）效應(yīng)導(dǎo)致對光脈沖的壓縮可以與群速色散引起的光脈沖展寬相平衡，在一定條件（光纖的反常色散區(qū)及脈沖光功率密度足夠大）下，光孤子能夠長距離不變形地在光纖中傳輸。它完全擺脫了光纖色散對傳輸速率和通信容量的限制，其傳輸容量比當(dāng)今最好的通信系統(tǒng)高出12個數(shù)量級。13主要技術(shù)內(nèi)容 1、適合光孤子傳輸?shù)墓饫w技術(shù)。研究特定光纖參數(shù)條件下光孤子傳輸?shù)挠行Ь嚯x，這樣不但為光孤子通信系統(tǒng)的設(shè)計提供數(shù)據(jù)，而且通常導(dǎo)致新型光纖的產(chǎn)生。 2、光孤子源技術(shù)。光孤子源是實現(xiàn)超高速光孤子通信的關(guān)鍵，只有當(dāng)輸出的光脈沖為嚴(yán)格的雙曲正割形，且振幅滿足一定條件時，光孤子才能在光纖中穩(wěn)定地傳輸。 14 3、光孤子放大技術(shù)。光孤子放大器對光信號可以直接放大，避免了目前光通信系統(tǒng)中光/電、電/光的轉(zhuǎn)換模式，光放大被認(rèn)為是光孤子通信的核心問題。 4、光孤子開關(guān)技術(shù)。在設(shè)計光開關(guān)時，采用光孤子脈沖作輸入信號可使整個設(shè)計達(dá)到優(yōu)化，光孤子開關(guān)的最大特點是開關(guān)速度快（達(dá)10-