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孤子 (光学)

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光学上,孤子 (soliton)是指传递过程中在空间上或时间上维持稳定的光束。通常这是由线性非线性效应共同作用下的结果。

空间光孤子

在只有线性效应的情况下,一道狭窄的光束传播时会因为衍射而使得光束的波形在空间上变宽。在具有较明显克尔效应非线性效应)的材料中,光的折射率与受电场强度的平方成正比,当高斯形式的光束(如激光)射入时,在靠近中心的地方有较高的折射率,而周围的折射率较低,因此能够产生汇聚(称为自聚焦效应),并与衍射的发散效果达成平衡,使得光束的大小维持一定,这种光束称为空间光孤子 (Optical Spatial Soliton)。[1]

时间光孤子

群速度散射效应与克尔效应共同作用的结果,使得波形维持固定。
群速度散射效应与克尔效应共同作用的结果,使得波形维持固定。

在光学通讯上,由于不同频率的光在介质中有不同的传递速度(色散现象),因此在长距离下将会散开,使得原本的讯号扭曲,此现象(对比于前述空间上的发散)属于时间上的发散。克尔效应所造成的自相位调制效应亦能抵销此种发散,因而维持原本的波形。此状况下传递的光束称为时间光孤子 (Temporal Optical Soliton)。

参考文献

  1. ^ 非线性光学与光孤子简介,雄中学报第九期
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