72.Солитонні лінії зв’язку.

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).

73.Властивості фотонних кристалів.

Фотонный кристалл — это материал, структура которого характеризуется периодическим изменением коэффициента преломления в пространственных направлениях - "фотонными кристаллами принято называть среды, у которых диэлектрическая проницаемость периодически меняется в пространстве с периодом, допускающим брэгговскую дифракцию света" . Если излучение с частотой запрещенной зоны было сгенерировано внутри такого фотонного кристалла, то оно не может распространяться в нем, если же такое излучение посылается извне, то оно просто отражается от фотонного кристалла.

Распределённый брэгговский отражатель является уже широко используемым и известным примером одномерного фотонного кристалла. Одномерные фотонные кристаллы, позволяют получить запрещенные зоны и фильтрующие свойства для излучения, распространяющегося в одном направлении, перпендикулярном слоям материалов. Двухмерные фотонные кристаллы могут иметь запрещенные зоны для излучения, распространяющегося как в одном, двух направлениях, так и во всех направлениях данного фотонного кристалла, которые лежат в плоскости . Трехмерные фотонные кристаллы могут иметь запрещенные зоны как в одном, нескольких или всех направлениях. Запрещенные зоны существуют для всех направлений в фотонном кристалле при большой разнице коэффициентов преломления материалов, из которых состоит фотонный кристалл, определенных формах областей с разными коэффициентов преломления и определенной кристаллической симметрии. Число запрещенных зон, их положение и ширина в спектре зависит как от геометрических параметров фотонного кристалла (размер областей с разным коэффициентом преломления, их форма, кристаллическая решетка, в которой они упорядочены) так и от коэффициентов преломления.

Фотонные кристаллы, благодаря периодическому изменению коэффициента преломления, позволяют получить разрешенные и запрещенные зоны для энергий фотонов, аналогично полупроводниковым материалам, в которых наблюдаются разрешенные и запрещенные зоны для энергий носителей заряда . Появление запрещенных зон объясняется тем, при определенных условиях, интенсивности электрического поля стоячих волн фотонного кристалла с частотами близкими к частоте запрещенной зоны, смещаются в разные области фотонного кристалла. Так, интенсивности поля низкочастотных волн концентрируется в областях с большим коэффициентом преломления, а интенсивности поля высокочастотных - в областях с меньшим коэффициентом преломления.

Практически, это значит что если на фотонный кристалл падает фотон, обладающий энергией (длиной волны, частотой), которая соответствует запрещенной зоне данного фотонного кристалла, то он не может распространяться в фотонном кристалле и отражается обратно. И наоборот, это значит что если на фотонный кристалл падает фотон, обладающий энергией (длиной волны, частотой), которая соответствует разрешенной зоне данного фотонного кристалла, то он может распространяться в фотонном кристалле. Другими словами, фотонный кристалл выполняет функцию оптического фильтра.

Аномальная дисперсия коэффициента преломления- нормальная дисперсия коэффициента преломления наблюдается в обычных диелектрических материалах вне их спектров поглащения, и проявляется в уменьшении коэффициента преломления при увеличении длины волны излучения. Фотонные кристаллы проявляют аномальную дисперсию их коэффициента преломления вблизи высокочастотной части запрещенных зон. По мере уменьшения длины волны излучения, распространяющегося по фотонному кристаллу, эффективный коэффициент преломления фотонного кристалла увеличивается, а затем резко падает при значении длины волны λ=500нм, после чего рост продолжается. При этом, наблюдается генерация третьей гармоники и пик её генерации приходится на длину волны, соответствующую коротковолновой части запрещенной зоны фотонного кристалла.

Аномальная дисперсия групповой скорости является прямым следствием аномальной дисперсии коэффициента преломления в фотонных кристаллах. Групповая скорость зависит от волнового числа, которое в свою очередь обратно пропорционально величине длины волны в среде. Длина волны в диэлектрической среде зависит от величины коэффициента преломления . С учетом вышеописанного эффекта аномальной дисперсии коэффициента преломления фотонного кристалла становится очевидным, что вблизи запрещенной зоны фотонного кристалла имеет место и аномальная дисперсия групповой скорости.