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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光孤子沿光釬傳輸時(shí)，其光學(xué)頻率會(huì)發(fā)生連續(xù)移位，我們對(duì)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(duì)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(duì)于幾個(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果1。然而一些論文也指出，

2、對(duì)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(xiàng)的潛在影響的前提下。為了進(jìn)一步探索預(yù)測(cè)的結(jié)果，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中研究了亞微秒脈沖在幾個(gè)長度的單模保偏光釬中傳播的特性，并確實(shí)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)試光纖端出射的脈沖光譜。脈沖峰值功率P可以通過測(cè)量光纖平均輸出功率P，脈沖寬度和100-MHz重復(fù)率來計(jì)算。激光器通過YIG法拉第旋轉(zhuǎn)器和偏振器與測(cè)試光纖隔離，且其不會(huì)對(duì)脈沖形狀有明顯的影響。我們使用測(cè)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(shí)，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(cè)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(shí)，我們可以看到脈沖被大大的加寬（ta45psec，=42010fsec，L=392m）。當(dāng)我們?cè)黾庸β蕰r(shí)，輸出脈沖變得更窄，直到在一個(gè)特定的功率處，對(duì)于我們使用的幾個(gè)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(jì)算的P的理論值一致平均輸出功率P進(jìn)一步增加時(shí)，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(shí)，我們?cè)谧韵嚓P(guān)信號(hào)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(shí)對(duì)測(cè)試光釬的輸出頻譜的觀察將會(huì)有啟發(fā)性作用（圖2）。在輸入脈沖頻率為V

5、時(shí)，我們可以看到峰值寬度比輸入脈沖的頻譜稍窄，因此其對(duì)應(yīng)一個(gè)較0長的脈沖（TT）。當(dāng)頻率VV時(shí)，將有一個(gè)寬峰出現(xiàn)，其對(duì)應(yīng)一個(gè)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(jí)為T-4，使其對(duì)寬度20psec的脈沖的影響可以忽略。然而，任何亞皮秒級(jí)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,