光孤子自頻移的發(fā)現(xiàn)

1、光孤子自頻移現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)作者信息F.M.Mitschke*andL.F.MollenauerAT&TBellLaboratories,Holmdel,NewJersey07733ReceivedMay12,1986;acceptedJuly16,1986正文實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光孤子沿光釬傳輸時，其光學(xué)頻率會發(fā)生連續(xù)移位，我們對其進(jìn)行了描述。這種效應(yīng)是由孤子的拉曼自泵浦引起的，在這過程中能量從頻譜的高頻部分轉(zhuǎn)移到低頻部分。對于120-fsec脈沖而言，我們發(fā)現(xiàn)其凈頻移達(dá)到了光學(xué)頻率的10%。對于幾個皮秒或更高的脈沖寬度而言，使用非線性薛定諤方程描述光釬中的孤子特性比較符合實驗結(jié)果1。然而一些論文也指出，

2、對于亞皮秒的脈沖寬度，近似隱式方程不再有效2-4。尤其是在這些研究已經(jīng)考慮了高階色散和非線性項的潛在影響的前提下。為了進(jìn)一步探索預(yù)測的結(jié)果，我們在實驗中研究了亞微秒脈沖在幾個長度的單模保偏光釬中傳播的特性，并確實發(fā)現(xiàn)了新的孤子行為。但主要效果更加強(qiáng)大，與那些預(yù)測結(jié)果有明顯的區(qū)別。相反的是，根據(jù)拉曼效應(yīng)，將存在一股從孤子的較高頻率分量到較低頻率分量的穩(wěn)定的能量流。因此，我們稱這種效應(yīng)為光孤子的自頻移效應(yīng)。孤子激光器的發(fā)展大大促進(jìn)了我們實驗的進(jìn)行。我們現(xiàn)有的孤子激光器可以提供具有穩(wěn)定峰值功率的輸出脈沖流6.7。而在之前，鋸齒形脈沖的寬度（半高寬）是由0激光控制光纖的長度L所決定的。實驗發(fā)射的脈沖波

3、長九近似于1.5卩m，相應(yīng)的光頻率v為200THz。我們將這些脈沖發(fā)射到長度為L的測試光釬中，并且分析了其脈0沖形狀以及當(dāng)其分別通過自相關(guān)器和掃描法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具后從另一測試光纖端出射的脈沖光譜。脈沖峰值功率P可以通過測量光纖平均輸出功率P，脈沖寬度和100-MHz重復(fù)率來計算。激光器通過YIG法拉第旋轉(zhuǎn)器和偏振器與測試光纖隔離，且其不會對脈沖形狀有明顯的影響。我們使用測試光纖的長度LZ孤子周期Z與t2/D成比例，例如，當(dāng)t=5000000fsec，D=15psec/nm/km時，Z沁7m（參考文獻(xiàn)1）。我們通過調(diào)節(jié)輸入耦合效率來0改變測試光釬的平均輸出功率P來固定L和T的值。和預(yù)期的一樣，當(dāng)

4、脈沖峰值功0率P遠(yuǎn)小于基礎(chǔ)孤子功率P時，我們可以看到脈沖被大大的加寬（ta45psec，=42010fsec，L=392m）。當(dāng)我們增加功率時，輸出脈沖變得更窄，直到在一個特定的功率處，對于我們使用的幾個L的值，生成了具有新的寬度和形狀的脈沖。而該L值與由光釬參數(shù)計算的P的理論值一致平均輸出功率P進(jìn)一步增加時，輸出脈沖將變得更1窄。到目前為止，一切都符合標(biāo)準(zhǔn)理論。但是，當(dāng)P略大于P時，我們在自相關(guān)信號中也可以看到衛(wèi)星脈沖（圖1）,這意1味著脈沖在光纖中的某處分裂成兩部分。而功率的進(jìn)一步增加將使衛(wèi)星脈沖從中心峰向兩邊移開。此時對測試光釬的輸出頻譜的觀察將會有啟發(fā)性作用（圖2）。在輸入脈沖頻率為V

5、時，我們可以看到峰值寬度比輸入脈沖的頻譜稍窄，因此其對應(yīng)一個較0長的脈沖（TT）。當(dāng)頻率VV時，將有一個寬峰出現(xiàn)，其對應(yīng)一個比光釬輸入脈00沖更短的脈沖（T20psec的脈沖，而頻移的數(shù)量級為T-4，使其對寬度20psec的脈沖的影響可以忽略。然而，任何亞皮秒級電信通信方案似乎都被放棄。孤子的自身頻率偏移也可以影響孤子激光器可取脈沖寬度的下限。到目前為止，已經(jīng)可以直接從孤子激光器獲得約60fsec的脈沖寬度,并且在短光釬之中已經(jīng)被壓縮減少到約19fsec參考文獻(xiàn)L.F.Mollenauer,R.H.Stolen,andJ.P.Gordon,Phys.Rev.Lett.45,1095(1980)

6、.A.Hasegawaand.YKodama,Proc.IEEE69,1145(1981).E.A.Golovchenko,E.M.Dianov,A.M.Prokhorov,NhnSeTkin,JETPLett.42,87(1985).D.N.ChristodoulidesandR.I.Joseph,Appl.Phys.Lett.47,76(1985).F.MitschkeandL.F.Mollenauer,Stabilizingthesoli-tonlaser,submittedtoIEQuantumElectron.L.F.MollenauerandR.H.Stolen.Opt.Lett.9,13(1984).L.F.Mollenauer,Phil.Trans.R.Soc.LondonSer.A315,437(1985).J.P.Gordon,Opt.Lett.11,73(1986).R.H.Stolen,C.Lee,andR.K.Jain,