非线性光与学终结版.pptVIP

6.6 自感应透明效应 6.6.1 自感应透明效应机理及其性质 6.6.2 自感应透明现象 6.6.3 自感应透明效应的应用（光弧子通信） 6.6.1 自感应透明效应机理及其性质 到目前为止，我们假设激励脉冲在介质中传播时不受到介质对场的瞬态响应的影响。实际上，这只是一种很好的近似。当介质很薄时，激励脉冲不发生可察觉的畸变；介质厚，激励脉冲发生可察觉的畸变。 当脉冲进入共振介质中时，若共振介质对入射强短脉冲无任何衰减，且脉冲形状也不发生改变时，这种现象称为自感应透明效应，这种效应实际上是脉冲的传播效应。 自感应透明的直观物理图像是，对于2π脉冲，在其传播过程中，前半部分被介质吸收的能量，在后半部分到来时以相干辐射的形式发射出来。所以，脉冲的能量和形状在传播过程中是保持不变的，而脉冲的传播速度将大大小于光在介质中的传播速度。 自感应透明效应的具体特性可以用其基本方程组和面积定理来描述。 自感应透明现象的基本方程如下: 面积定理如下： 其中： 6.6.2 自感应透明现象 低功率脉冲通过共振介质的情况 当脉冲功率很低时， 很小， 很小， ，面积定理可以变为： 该方程的解为： 相应的脉冲强度（或能量）随z的变化规律为： 上式为比尔吸收定律，是一个指数衰减函数， 为小脉冲的 吸收系数。 高功率脉冲通过共振介质的情况 对于高功率脉冲，将面积定理直接积分可得： 该式是一个超越方程，只有知道脉冲的具体形状才能求 解。对于某些特殊的情况，我们可以看出其变化规律。 由面积定理可以看出，面积定理存在平衡解 ： ， =1，2，3，...。 在这些解中 为奇数时是不稳定的解， 稍偏离 ，就将导致 很大的变化；为偶数时，是稳定的平衡解。于是一个局域初始面积的脉冲在介质中传播时，其面积将逐渐趋于最接近的偶数倍 的值。  （a）是根据面积定律绘出的 与 的关系曲线。可以看出： ，（例如 时，因 ，随着距离 的增大，脉冲面积 减小，最后趋于0，表示脉冲在传播 过程中逐渐被吸收；当 （例如 ）时，由于 ，脉冲面积会随着距离的增大而增大，但并非无限增大，而是趋近于 。这两种变化过程也可通过（b）所示的计算机计算出的脉冲波形随z的变化看出。实际上，由于脉冲面积初始值的不同，其变化情况也不一样，但在传播过程中通过与介质的能量交换，脉冲最终总要逐渐稳定在最靠近的脉冲面积为 的整数倍上。上述讨论中，脉冲面积趋于稳定不变的现象就是自感应透明现象。 6.6.3 自感应透明效应的应用 基本概念 弧子：又称孤立波，是一种特殊形式的超短脉冲，它在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变。孤子是物质非线性效应的一种特殊产物 ，包括光弧子、声弧子、电弧子等。 光弧子:在光纤中长时间传播能保持形态、幅度和速度不变的光脉冲。 用途：可以实现超长距离、超大容量的光通信 传统光纤通信的缺陷 限制传输距离和传输能量的主要原因是:损耗和色散。 损耗：是光信号在传输中，能量不断发生减弱。 色散：光纤的色散使得不同频率的光波以不同的速度传播，经过长距离长时间的传播，使光脉冲在传输中逐渐展宽，使得信号畸变失真。 光纤的非线性效应（压缩效应 ） 压缩效应：在光纤中，光的强度变化时使频率发生变化，从而使传播速度变化。在光纤中这种变化使光脉冲后沿的频率变高、传播速度变快；而前沿的频率变低、传播速度变慢。这就造成脉冲后沿比前沿运动快，从而使脉冲受到压缩变窄。  实际上，压缩效应是与展宽效应相对的过程，若两者能够相互抵消，光纤传输会出现什么现象呢？？？ 光脉冲就会像一个一个孤立的粒子那样形成光孤子，能在光纤传输中保持不变，实现超长距离、超大容量的通信。 光弧子通信 光孤子通信是一种全光非