71.Властивості солітонів оптичних ліній.

Солитоны ведут себя подобно частицам (частицеподобная волна): при взаимодействии друг с другом или с некоторыми другими возмущениями они не разрушаются, а двигаются, сохраняя свою структуру неизменной. Это свойство может использоваться для передачи данных на большие расстояния без помех.

Для того чтобы дать представление об оптическом солитоне и объяснить присущие ему свойства, кратко рассмотрим ряд физических явлений, сопутствующих его возникновению и распространению. В обычных волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) основным фактором, ограничивающим скорость передачи оптического импульса, является его уширение за счет дисперсии групповых скоростей и других нелинейных эффектов. Дисперсия групповых скоростей (ДГС) — это зависимость фазовой скорости световых волн от частоты ν или длины волны λ.

Фазовая скорость обратно пропорциональна показателю преломления среды n, который, собственно, и зависит от частоты. ДГС может быть нормальной (положительной), если n увеличивается с увеличением ν или уменьшением λ, либо аномальной (отрицательной), если n уменьшается с увеличением ν или уменьшением λ. Зависимость фазовой скорости от ν или λ для нормальной и аномальной дисперсий — обратная. Для одномодового (ОМ) кварцевого волокна ДГС положительна для λ<1312 нм, отрицательна для λ>1312 нм, и является нулевой в окрестности λ=1312 нм.

Если оптический импульс состоит из нескольких спектральных составляющих (а это почти всегда так), то при распространении в оптической дисперсной среде они, имея разные скорости из-за дисперсии, приходят в определенную точку в разное время, что приводит к искажению формы импульса и его размыванию (несимметричному уширению). Дополнительное, без искажения формы уширение импульса (симметричное уширение) происходит за счет его естественного затухания, вызванного рассеиванием мощности волны при ее прохождении по волокну.

В качестве характеристики дисперсии оптических волокон в справочниках приводят дисперсионный параметр D, противоположный по знаку ДГС и имеющий другую размерность (пс/км/нм, тогда как размерность ДГС — nс2/км). Поэтому и наклон зависимости D от λ,часто называемый наклоном ненулевой дисперсии, будет положительным, а не отрицательным. Влияние дисперсии обычно снижается за счет выбора значения несущей длины волны вблизи точки нулевой дисперсии. Однако до бесконечности увеличивать длину участка регенерации все равно не удается, поскольку использование больших длин волн и более мощных лазерных источников сигнала или же оптических усилителей (ОУ) с мощными источниками накачки приводит к резкому возрастанию влияния нелинейных эффектов.

Солито́н — структурно устойчивая уединённая волна, распространяющаяся в нелинейной среде.

Солитоны ведут себя подобно частицам (частицеподобная волна): при взаимодействии друг с другом или с некоторыми другими возмущениями они не разрушаются, а двигаются, сохраняя свою структуру неизменной. Это свойство может использоваться для передачи данных на большие расстояния без помех.

«оптические солитоны». Это волны (или волновые пакеты) специальной формы, возбуждаемые лазерным источником света в световоде при совместном действии дисперсионных и нелинейных эффектов в области аномальной (отрицательной) дисперсии. Солитоны могут распространяться в оптоволокне на значительные расстояния (несколько тысяч километров) практически без искажения формы и сохраняться при столкновениях друг с другом (т. е. восстанавливать направление движения, скорость и амплитуду, демонстрируя свойства, характерные для частиц).

Для того чтобы дать представление об оптическом солитоне и объяснить присущие ему свойства, кратко рассмотрим ряд физических явлений, сопутствующих его возникновению и распространению. В обычных волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) основным фактором, ограничивающим скорость передачи оптического импульса, является его уширение за счет дисперсии групповых скоростей и других нелинейных эффектов. Дисперсия групповых скоростей (ДГС) — это зависимость фазовой скорости световых волн от частоты ν или длины волны λ.

Фазовая скорость обратно пропорциональна показателю преломления среды n, который, собственно, и зависит от частоты. ДГС может быть нормальной (положительной), если n увеличивается с увеличением ν или уменьшением λ, либо аномальной (отрицательной), если n уменьшается с увеличением ν или уменьшением λ. Зависимость фазовой скорости от ν или λ для нормальной и аномальной дисперсий — обратная. Для одномодового (ОМ) кварцевого волокна ДГС положительна для λ<1312 нм, отрицательна для λ>1312 нм, и является нулевой в окрестности λ=1312 нм.

Если оптический импульс состоит из нескольких спектральных составляющих (а это почти всегда так), то при распространении в оптической дисперсной среде они, имея разные скорости из-за дисперсии, приходят в определенную точку в разное время, что приводит к искажению формы импульса и его размыванию (несимметричному уширению). Дополнительное, без искажения формы уширение импульса (симметричное уширение) происходит за счет его естественного затухания, вызванного рассеиванием мощности волны при ее прохождении по волокну.

Во избежание нередко возникающей путаницы нужно помнить, что в качестве характеристики дисперсии оптических волокон в справочниках приводят дисперсионный параметр D, противоположный по знаку ДГС и имеющий другую размерность (пс/км/нм, тогда как размерность ДГС — nс2/км). Поэтому и наклон зависимости D от λ,часто называемый наклоном ненулевой дисперсии, будет положительным, а не отрицательным. Используемая в публикациях формулировка «в области положительных (или отрицательных) дисперсий» может на самом деле иметь обратный смысл, так как дисперсия положительна при положительном значении ДГС (т. е. при отрицательном D).

Влияние дисперсии обычно снижается за счет выбора значения несущей длины волны вблизи точки нулевой дисперсии. Однако до бесконечности увеличивать длину участка регенерации все равно не удается, поскольку использование больших длин волн и более мощных лазерных источников сигнала или же оптических усилителей (ОУ) с мощными источниками накачки приводит к резкому возрастанию влияния нелинейных эффектов.