Модуляционные нелинейные процессы в одномодовых волоконных световодах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Министерство высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан

САМАРКАНДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. АЛИШЕРА НАВАИ

Р Г 5 дд Физический факультет

г> ■

С. J

' ; На правах рукописи

УДК 681.7.068.535.338.334

3АХИДО В Эрни и Агзамович

МОДУЛЯЦИОННЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ОДНОМОДОВЫХ В ОЛОКОННЫХ СВЕТОВ ОДА X

Специальность 01.04.05—оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени, доктора физико-математических наук

САМАРКАНД—1994

Работа выполнена б Отделе теплофизики Академии Наук РУз.

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профзссор Тухватулин Ф. X., Сам! У,

Доктор физико-математических наук, профзссор Мирзазв А, Т., ТашГУ.

Доктор физико-матз.-'^тических наук, профзссор Алимол Д. Т., ОТФ АН РУз.

Ведущая организация —НПО "Акадзмприбор"

Защита состоится " " с.С/£?Л 1994 г. в часов на заседании Специализирован-

ного совета Д 0067.04.24 в Самаркандском Государственном Университете им. Алишера Наваи (703004 г. Самарканд, Университетский бульвар 15)

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СамГУ.

Автореферат разослан " 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор

физ-мат. наук

АХМЕДЖАНОВ Р.А.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А51ХаЗьность_2|«н. Модуляцая света является одной из актуально задач квантовой электроники и прикладной оптики. Благодаря модуляция параметров несущего излучения мояно передавать информацию на большие расстояния с огромной скоростью или ке записывать ее с огрониоа. плотностью. В случас нэ модуляция параметров лазеров,можно получать сверхкороткие световые импульсы, которые аспользувтся для исследования бдсгропротеквюяпх процессов в физике, химии я биологии.

Существу»? два метода модуляции оптического излучения. Первая основан на линейных оптических явлениях а заключается во взаимодействии модулируемого излучения с приложенным внешним модулирувзим сигналом в виде электрического, магнитного или же акустического полей. Модуляторы подобного :япа хорошо известны и имеет тарокое практическое применение, в частности, при создания лазеров с модуляций добротности п с активной синхронизацией иод, в сканерах и дефлекторах света я т.п. Второй метод основывается на нелинейных оптических . явлениях я связан с процессами взаимодействия модулируемого излучения с другим, модулирующим излучением, или яв нелинейный самовоздействием излучения. При этом модуляция параметров излучения обуславливается нелинейность» поляризации среда под действием йоцного проходящего излучения. Причем, если в первой методе, в • зависимости от величина иоду лиру йцэго поля (акустического, »лтрпческого или магнитного), изменяется только глуоияз модудяцзз, то во втором случае могут изменяться одновременно я другие паранетри модуляции.

Хотя подобная неоднозначность характеристик модуляции указывает на недостатки метода' нетаюйпой модуляции излучения, существует ряд его преяяуцвств, которнэ более ж компенсируют указанный иедрсток:

- Благодаря наличии, г настояло зрзия, исто шов сверхкоротки* световых вкпрльсов, длительность» вплоть до М"12 -10~*3 сек, прч помоан нзлннеаяого метода модуляции «окно достичь частом модуляцая 10^ - Ю13 Гц, . которые невозможно достичь другими методами;

- Безинерционность нелинейного отклика среди вплоть до вышеуказанных ■ временных интервалов во многих перспективных оптических средах (стеклянные волоконные световода, некоторые нелинейна« кристаллы к т.а.) позволяет непосредственно осуществлять в них подобную сверхвнсокочастотную модуляцию;

Наличие технологи ^создания цельнооптических схем (интегральнооптические, волоконные) различиях логических и других элементов, ■работающих на принципе "управления света светом", позволяет разработать надежные в высокоэффективные системы оптической связи и оптические компьютеры.

Таким образом, преимущества метода нелинейной модуляции излучения в значительной степени связаны со свойствами среды, в которой, происходит процесс модуляции. Внбор среды для модуляции излучения, естественно,определяется требованиями, предъявляемыми к модулятору: для достижения высокой эффективности модуляции требуьгся материалы с высокой нелинейностью, например нелинейные кристаллы, а для ; подавления воздействия внешних возмущений -материалы с нигкимй КТР, упругооитическим коэффициентом и т.п.

Одним вэ самых перспективных сред для яелш ейной модуляции излучения являются волоконные световоды. Разработанные в начале 70х годов для передачи оптического излучения на дальние расстояния, волоконные световоды на основе стекла рассматривались как типично линейные среды; основными требованиями, предъявляемыми й ним были малые Г I аВ/Кт) световые потери и низкие значения дисперсионного уиирения импульсов излучения. Действительно, в таких маогомодовнх световодах с диаметром сердцевины ~ 50 мкм яри мощностях, несущего иаформацию, излучения от полупроводникового лазера ~ I мВт, не могли возникать никакие нелинейные эффекты, даже при длинах взаимодействия в сотни метров. С разработкой н использованием в оптических линиях связи одномодовнх световодов с диаметром сердцевина в несколько микрон началось изучение возможности возникновения нелинейных процессов в подобных линиях й связанных с ним искажений в передаче информации.

Но; с другой ' стороны, с момента появления указанных световодов, особенно одномодовнх, имеется чисто научный интерес к изучению нелинейных явлений в подобной уникальной среде. Последнее обстоятельство' связано со следующими свойствами одномодовнх

- ь -

световодов:

- Крайне «алое поперечное сечение и огромные длины световодов существенно повниаюг эффективность протекания в них нелинейных процессов;

- Возможность поддержания (сохранения) фазы я поляризации излучения в одномодовах световоде* позволяет наблюдать в них когерентные процессы;

- Жестко заданная профиль излучения внутра одномодового световода (близкая к Гауссовсксму распределению) во всем протяжении световода вплоть до километре позволяет с очень высокой точностью производить анергетическае измерения в указанных процессах;

- Путем подбора соответствующих мод иаломодового световода можно добиться режима синхронизации фаз взаимодействующих волн, необходимого для эффективного протехания параметрических процессов.

Указанные преимущества световодов во многих случаях являются достаточными, .чтобы компенсировать ют их недостаток для нелинейной модуляциь, что нелинейность стекла (основного материала волоконных световодов) на несколько порядков ниже, чем у материалов, типично используемых в нелинейной оптике. В результате указанных причин,за короткий промежуток времени с момента создания волоконных световодов, 4-5 лет, были обнаружена практически все нелинейные аффекты, которые могут наблюдаться в них: в центросимметричной среде, каковой является стекло, наименьшей по порядку нелинейности является кубическая, и в ней могут наблюдаться такие процессы как вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР), вынужденное рассеяние Мандельитэка-Вриллюэна (ВРМБ), четырехфотонное смешение (ЧС), оптический эффект Керра (ОЭК), а эффекта, обусловленные квадратичной нелинейностью, например генерация второй гармоники, подавлена.

С другой стороны, возможность реализация огромных длин взаимодействия излучения со средой в волоконных сзетовогэх также повышает эффективность модуляции распространяющегося в них излучения при линейных оптических процессах (термо- и упругооптическве эффекты и др.). Несмотря на яеболызие значения термо- и упругооптических коэффициентов плавленого кварца, в

волоконных световодах легко достигается высокоэффективная модуляция фаза и поляризации излучения, что нашло свое практическое воплощение в рвзраОотке таких прецезионннх волоконных устройств как датчики температура, гидрофона и гироскопы и т.п.

Целью настоящей

работы является экспериментально: исс/здование £изической природы нелинейной модуляции лазерного излучения в одномодовых волоконных световодах и волоконных интерферометрических устройствах. Исходя из этой цели, основными задачами диссертации явились:

- Установление и исследование основных физических механизмов модуляции излучения, обусловленных линейными и нелинейными процессами в световодах;

- Целостное изучение взаимовлияния параметров световода и внешних воздействий на характер протекания нелинейных процессов и основных характеристик модуляции излучения путем применения различных модуляционных процессов;

- Определение 'для каждого .частотного диапазона модуляции наиболее подходящие механизмы модуляции, а также установить физические механизмы нестабильности процессов нелинейной модуляции излучения;

Для реаения этих задач было необходимо:

- создать экспериментальные установки с использованием различных лазеров (перестраиваем!« и постоянных, одночастотных или ке широкополосных, непрерывных или же пикосекундной длительности и т.д.), световодов (одномодовых или лее многомодовнх, со слабой или сильной анизотропией, многоканальных), волоконных интерферометров и т.д.);

- Безработен методику исследования спектрально-временных характеристик модулированного излучения с помощью методов строб -интегрирования при импульсно-аериодичаском режиме возбуждения и определения автокорреляционной функции сверхкоротких световых нмаульсов при генерации неколлинеарной второй гармоники излучения;

Изучить ' характеристики модуляции излучения при "сляризациояной,. фазовой и частотной модуляции излучения в 'оводах:

■ - Определить" наиболее оптямальнне диапазоны частот для

эффективной модуляции излучения для каждой из уквзвнннх механизмов модуляции и установить физические яричинн ограничений параметров модуляции;

Изучить характеристики дестабвльности параметров модулированного излучения, в то»' числе обусловленных нелинейными эффектами;

Напная_новизнаЛ

- В работе впервые экспериментально обнаружено и исследовано новое физическое явление - поляризационная неустойчивость лазерного излучения в слабодвулучепреломляющем световоде, возникающее за счет компенсации собственного двулучепреломления среди с наведенным при ОЗК;

- Экспериментально показано, что в условиях поляризационной неустойчивости лазерного излучения в ОВС, имеющим наряду с линейным двудучепреломлением и оптическую активность возможна генерация оптического хаоса;

-В многоканальных волоконных световодах впервые обнаружена и исследована нестационарная тегпературная модуляция излучения, обусловленная релаксацией температурного градиента в поперечном сечении световода и характеризующаяся временим релаксации ~ Ю-6 -Ю-4 сек;

- Показана возможность эффективной модуляции и коммутации специфических сверхкоротких световнх импульсов - фбктосекундных солвтонов при прохождении ими цельноволоконногс антерферометра Саньяка - волоконной детлв, которые обуславливается как наличием нелинейного иевзаимного набега фаз встречных" вслн за счет ОЭК, так и характерными особенностями солитонов - возможностью преобразования в другой, уединенный импульс с другими амплитудой и временным профилем;

- Показана возмогюсть перестройки частоты генерируемого излучения в световодах за счет нелинейного взаимодействия лазерного излу.чения путем изменения как волноводных параметров (поляризационной дисперсии, фазовых постоянных мод и др.), так и частотной отстройки волн накачки при двухчастотной накачке;

- Предложена схема усиления интенсивности рассеянного излучения при спонтанно« КР молекулами, подверхенннх

фотодеструкции, за счет рффектв гигантского КР, используя ОВС, покрытых тонким ( " I вм) металлическим слое« я эффективного светосбора в конструкции из волоконного кгута.

Укажем несколько областей научного и практического использования модуляционных нелинейных процессов, исследованных ъ на спящей диссертации.

Ь_й03ин§Знйя_оШБ1а йсследовэннае в работе процессы могут дать дополнительную информацию для выяснения физической природа нелинейного взаимодействия лазерного излучения с веществом, что связано как специфическими особенностями волоконных световодов, перечисленных ваше, так и спектрально-кинетическими характеристиками использованного излучения, в частности феьтосекундных солитонов. Предельное, для оптического диапазона, быстродействие нерезонансной кубической восприимчивости и характерное соотношение между мнимой и реальной частями этой восприимчивости среды позволяет получать ценнейшую информацию о физике нелинейных ;восприимчивостей, которую невозможно получить в других, трэди донных материалах нелинейной оптики.

2л_0птическая_связь;. Полученные в работе экспериментальные результаты могут Сыть использована при разработке волоконно -оптических систем связи: для выбора световодов в качестве трактов передачи (поляризационные свойства, параметры световода, покрытие и т.п.), для создания различных цельно - оптических базовых элементов систем связи (модуляторы, коммутаторы, логические элементы), а такке для выбора самих принципов модуляции, в зависимости от требуемых параметров модуляции. Установленные температурные зависимости параметров световодов могут быть использована для определения стабильности разрабатываемых волоконно - оптических устройств.

Эг._0птические_компьютерн_и_оптическ| Сверхбыстрая модуляция поляризации и фазы излучения, за счет оптического эффекта Керра, может быть основой для создания различных логических оптических элементов. Высокое быстродействие, возможность создания элементов в цельно-оптическом варианте и юстаточно низкие требуемые мощности открывают широкие перспективы для использования указанных элементов, в качестве базовых, в

будущих оптических компьютерах. При этом ограничения применения волоконных логических элементов в оптических процессорах, связанные с задержкой света в световоде могут Сын преодолены за счет конвейерной обработки информации.

¿¿_@5мк2йные_|апми_физических_20лей. Крайне бзсокяз чувствительности разработанных, в настоящее время, волоконных датчиков внешних полей ставят задачу определения фундаментального предела их чувствительности, который- в большинстве случаев обусловлен нелинейными искажениями и поляризации излучения. Полученные в диссертации выражения для временных зависимостей нелинейной модуляции параметров излучения при ОЗК. в волоконных интерферометрах позволяют определять частотные характеристики нелинейных шумов и связать их с характеристиками" используемого излучения и длиной волоконного контура как в стационарном, так и в нестационарном случаях.

Установленные 'зависимости между частотным'' сдвигом фазового сйнхронизйа 40' й дисперсионными характеристиками световодов позволяют в эксперименте, по измерениям частот ■покс-антистоксовых излучений-*, определять как параметры световодов в целом, так и волноводные; характеристики отдельных мод, которые не поддаются измерениям, в традиционных методиках измерений (постоянные распространения- и групповые задержки линейно-поляризованных мод и др.-).

§айи§аемне_пол№;ия:

- В слаСоанизотропном одяомодовом {„световоде собственное двулучепрелсмленив; возникающее при кзт-овлвнии- из-за технологических причин, может компенсироваться изведенным га счет оптического эффекта Керра путем подбора'состоьаия поляризации и мощности излучения накачки;

- В условиях компенсации со'бственог-о ДБулучепре^омлейия ОБО нелинейным возникает поляризационная не устойчивость, излучения, заключающаяся в значительной увеличении. нестабильности1: состояния поляризации, лазерного излучения при прохождений:, световода. Механизм поляризационной неустойчивости излучешгя-связан с наличием обратной связи реяду состоянием поляризации лзлучеиия и степенью компвнсировакности двулученреломлвний в ОВС;

- Эффективная модуляция фазы излучения в волоконном интерферометре Маха-Цендера может осуществляться нестационарными температурными полями в поперечном сечении 'световода, характеризующимися временами релаксации 10~® - Ю-4 сек;

В волоконном интерферометре Саньяка за счет дифференциального воздейст^я модулирующего импульса' накачки на фазы встречной и попутной 'волн непрерывного модулируемого излучения можно эффективно, с глубиной до 100%, модулировать излучение при мощностях менее I Вт;

- Частотную отстройку генерируемого излучения при нелинейном четырехфотонном смеиении в анизотролном ОВС можно перестраивать в области ~ 10 - 1000 см-* путем изменения собственого двулучепреломлвняя' ОВС - бл от Ю-7 до Ю-4;

-Возможность эффективного преобразования параметров специфических оптических импульсов - фемтосекундных солитонов в волоконной петле позволяет модулировать и коммутировать как самих себя, за счет самовоздействия, так и другого квазинепрерывного излучения,' введенного параллельно с ' солитонами, за счет кросс-модуляции.

1пробация_работн.•

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на выездной сессии Отделения физико-математических наук АН РУз в ОТФ АН РУз (19.06.1988 г.), на семинарах ОТФ АН РУз, Отделов Волоконной оптики и Колебаний ИОФ РАН, НИМФ МГУ (г. Москва), кафедры оптики Л1У (г. Санкт-Петербург), а также на следующих конференциях и семинарах:

1. XI - XIV ¡Всесоюзные конференции по когерентной и нелинейной оптике (КнНО), г. Ереван, 1982; г.Москва, 1985; г. Минск, 1988; г.Ленинград, 1991.

2. I? - VI Всесоюзные конференции "Оптика лазеров", г, Ленинград, 1984; 1987; 1990.

3. Всесоюзная конференция "Волоконно-оптические линии связи", г. Киев, 1982. ;

4. IV Всесоюзная конференция "Перестраива^не по частоте лазеры", г. Новосибирск, 1983.

5. Всесоюзная конференция ко управлению параметров лазерного

излучения, Хабаровск, 1988.

6. Международная конференция "(Эрика*89", г. Варна, НРБ,

1989.

7. IX Всесоюзная конференция п" когерентной оптике, г. Ужгород, 1989.

8. I и И Всесоюзные конференции "Физические проблема оптической связи, г. Севастополь, 1990, 1991.

9. Всесоюзная конференция "Метрология лазерных измерительных систем" (МЛИС), г. Волгоград, 1991.

10. Международная конференция по Раман-спектроскопии, г. Вьюрцбург, ФРГ, 1992.

11. Международная конференция СТРОБ-б, г.Капри, Италия, 1992.

12. Международная конференция по альтернативным лазерным технологиям, г. Москва, 1992.

13. Региональный семинар "Сгруктурно-д..намические процессы в неупорядочетш средах",.г. Самарканд, 1992.

ЛОШ-ШсШ.сдискателя^. В диссертации' приведены йкспериментальные результаты, полученные лично авторам. Автором определялись цель и задачи исследований, осуществлялось обобщение результатов. Некоторые эксперимента поставлены в творческом сотрудничестве с М.А.Каснмджановым, Ф.Юиртадясиевнм, Д.В.Хайдаровым (014 АН РУз), Е.М.Двановым, А.Я.Карасиком, ТЛ.Басаевым (ИОФ РАН, г. Москва), Д.Д.Гусовским а А.Н.Гурьяновым (ИХ РАН, г. Нижний Новгород), которым автор выражает свою признательность.

Список научных трудов, в ■ которых опубликованы основные результаты диссертационной работы включает 36чт. наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Сдакшоиссевтации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Она изложена на 245 стэннцва, содержит 44 рисунка, 4 таблицы я 196 наименования цитированной литературы.

■ Во_ввш5ии обоснована актуальность диссертационной работы, аргументирован выбор направления исследований. Показаны

преимущества стеклянных волоконных световодов для изучения нелинейных модуляционных явлений. Описано состояние исследований к началу диссертационной рабо,тн. Сформулированы цель1 и задачи исследований, научная новизна и научно-практическая значимость работы, защищаемые положения диссертации. Кратко изложено содержание материала по глазам.

диссертация ¿делан обйор литературы т исследованию нелинейных и модуляционных процессов в волоконных световодах, начиная от пионерских работ, относящихся к 1970 году и кончая самыми последними публикациями по рассматриваемой тематике. Описаны оптические свойства световодов: область прозрачности, определяемая в современных световодах только фундаментальными 'механизмами потерь (решеточные потери, кра| электронных полос поглощения и релеевское рассеяние), различнее механизмы дисперсии (материальная, внугримодовая или же ме*модовая), а также модовый состав' канализируемого излучения. Рассмотрены преимущества одномодового ^рийа распространения для нелинейного взаимодействия лазерного излучения со . средой.' Описаны различные интерферометрические волоконные устройства на основе ОВС [ингрферометры Маха-Цевдера и Саньяка, направленные ответвители и др.)- -

Поляризационные характеристики ОВС проанализированы на основе. метода связанных волн и представления сферы Пуанкаре. Рассмотрены различные механизмы возникновения линейного и кругового двулучепреломлений в стеклянных волоконных световодах и представлены аналитические выражения для определения их величин по известным "геометрическим параметрам световодов. Метод сферы Пуанкаре позволяет наглядно представить динамику развития состояния поляризации излучения по длине, что очень важно для такой сильнопротяженяой среды как волоконный световод. Проанализирована динамика состояния поляризации излучения в световодах со слабым (бп=1(Г6-1<Г8) и сильным (бп=Ю_3-1СГ4) двулучепреломлениями, когда последние одновременно могут иметь и линейную и круговую части. Способность ОВС сохранять состояние поляризации излучения оценена исходя из возмс зости перекачки излучения между ортогонально-поляризованными волнами, за счет статистически распределенных по длине возмущений волноводннх.

параметров среды.

Возможность эффективной модуляции параметров излучения в линейных оптических процессах в ОБО пооанализирована на примере двух наиболее практически-вахннх видов внешнего воздействия: за счет упруго- и термооптического „ффектов. Представлены рассчетные формулы для определения изменений фаза, обусловленных указанными эффектами.

Рассмотрены нелинейные эффекты в стеклянных волоконных световодах, связанные с кубической нелинейностью среды (ВКР, ЧС, ОЗК и др.),с точки зрения их возможности для эффективной модуляции и преобразования параметров лазерного излучения. С этой точки зрения особенно вндеяен оптический Эффект Керра как универсальный физический механизм для сверхбыстрой модуляции практически всех параметров когерентного излучения. Само^оздействие волновых пакетов из-за нелинейного изменения показателя преломления ерзды, приводящее фазовой самомодуляции излучения проанализировано е качестве механизма образования особого вида уединенных волн -оптических солигонов. йналцз проведен на основа Нелинейного Уравнения йредингера (НУШ). Показано, что именно уникальные качества ОВС на основе плавленого кварца, имеющего соответствующее значение отрицательной дисперсии в области иининальнах потерь . ™ 1,55 мкм) позволяют генерировать солитоны пико- и фемтосекундной длительностей.

Возможность возникновения поляризационной неустойчивости излучения в двулучепреломляющем 0ВС, предсказания? Г. Винфулом в 1906 г., проанализирована его же методом фазовой плоскости, по аналогии с решением задачи движения нзягнака. В данном случае, вместо скорости и угла отклонения маятнике рассматриваются эллиптичность и ориентация поляризации излучения. Решение уравнений связанных воли позволяет обнаружить точки седла на фазовой плоскости, ¿лаэавзвщив Ни существование областей нестабильности состояния поляризация излучения, распространяющегося по двулучеяреяонлягцему ОВС.

Модуляционные нзлинейные процесса, происходящие со значительным преобразованием частоты рассмотрена па примере ВКР и ЧС. Проанализированы работа, досвещецныз изучению спектрально-временных характеристик генерируемого излучения в

различных схемах взаимодействия (однопроходные, в резонаторе, при двухчастотной накачке и др.). На основе литературного анализе показано, что е настоящее время нелинейная волоконная оптика, суцаствуюцэя как полноправное направление нелинейной оптики и лазерной физики претерпевает бурное развитие как в фундаментальном, научном плане, так и с точки зрения практических интересов - разработки новых- методов и принципов для создания различных оптических устройств и ириСсров.

У12Е9я.-1'Л§ва посвещена изучения поляризационной модуляции излучения в двулучепрелоу.ляшких ' ОВО. Для ясности изложения экспериментальных результатов и физической сути наблюдаемых процессов подробно описанн разработанные экспериментальные установки для. исследования Керровской модуляции поляризации неученая и стационарные температурные зависимости поляризационных свойств световодов. Установки разработэни в ОТФ' АН РУз на основе непрерывно- накачиваемого лазера на с двойной модуляцией

(\=1,064 или 0,Ь32 мкм, 1=1 кГц, "talCf*0 сек). Для изучения спектральной зависимости нелинейных модуляционных процессов также использовало^ перестрвиваелое излучение лазера на кристалле Ш'с F^- центрами окраски ,09-1,23 или fl.o45-0.6Ib мкм),

накачиваемого тр- же яеодимовнм лазером. Система регистрации установок, основанная на принципах строб-интегрирования импульсно-нериодического излучения и синхронного детектирования непрерывного излучения позволяет нвдахно регистрировать cj.j6iie или же нестабильные сигналы, свяэаннные с тем или инам модуляционным процессом. Для регпс-чации келикейних изменений показателя преломления , наряду с излучением накачки описанном выше, в овс тате вводилось слвбое пробное излучение гелий - неонового лазера (А.*0,63 или 1,1Ь мкм). Состояние поляризации пробного излучения на выходе световода анализировалось с помощью различных схем поляризационных компенсаторов, в зависимости от поставленной

' '?пясэны »етсдгчегкие эксперименты по выявлению температурных зависимостей линейного я кругового двулучэнреломлзний с помоиыо Есдлриэвщ-гинях Kcvu?p.cs;~poi различных типов и световодов с ра^личны«гв ib!13vk д?улучепр?¿селения.

Ш »?c«»i'-i.sHKfi Сали raeaeiibao взг.сювлчь^ световоды на

- Jb -

основе Sl(MGeD2/S102. методом химического осаждения из газовой фаза ь ill Ш! (i:Лижянй Новгород) Д.ДЛ'уссовским и 4.Н.Гурьяновым. Ир, типичных параметрах световодов - диаметр сердцевины Ь-10 мкм, разность показателей: цреломления сердце чина и оболочки An " I0"3 одномодрвий рехвк насту л а д. при Ш,о мкм, Для получения световодов с величинами, дау^луча-лрелоадения "ь широком диапазоне ( от Ю"8 до iO"4). npeMtHHWb соответствующие технологии (эллиптическая сердцевина или, оболочку, асимметричные стержни, "галстук-бабочка" (.hoftrtle) » оболочке и др.)..-

Так как характер нелинейно^, модуляции поляризации излучения в значительной степени определяется собственной поляризационной анизотропией световод?, которая., в свою очередь, крайне чувствительна к изменениям температуры, в этой главе изучены так*е и. зависимости кругового и линейного двулучелреломлений ОВС от окружающей температуры. Оценена требуемая стабильность температура, необходимая для работы поляризационных волоконных модуляторов излучения без искажений.

Изучены такте . температурные зависимости оптически? свойств ОВС, изготовленных различными технологиями, с различными параметрами и с различиями покрытиями, т.к. цодобные характеристики могут иметь важное значение для создайия практических образцов волоконных модуляторов.

. Представлены экспериментальные результаты по ■ Керровской модуляции поляризации непрерывного пробного излучения в импульсном поле накачки. Показано, что характеристики нелинейной модуляции излучения (эффективное.-;, стабильность и др.) ио.ут существенно, изменяться в зависимости, как от величины дву%чеир8лсиления,так и свойств защитного покрытия. Наиболее стабильный Керрсвский процесс модуляции поляризации достигается в ОБО с • сильны« двулучепреломлением с напряжениями в материале оболочки типа ■ "гзлетук-оабочка" (bos-tie) и эллиптической сердцевиясй.

В этом случае, к а* да 'теденное" двулучепрелсмлекке v тло считать елг'ам возмущением к существующему, сойстьенному, получено следующее Еыра.адни? для нелинейного изменения двулучепреломления:

бпн = - 6 эф® r (n2l< '

(I).

где бп"^! - эффективные показатели преломления двух поляризационных мод, п2В - оптический коэффициент Керра, Адф* -эффективный размер пятна излучения в ОВС. Согласно формуле (1). наведенное нелинейное двулучепреломление прямо пропорционально мощности накачки и периодически изменяется • с изменением ориентации поляризации излучения накачки. Последнее обстоятельство качественно отличает процесс взведения нелинейного двулучепреломления в рассматриваемой ^-.реде от тчкового в объемных, неволноводных изотропных средах.

Описана впервые экспериментально обнаруженная автором явление поляризационной неустойчивости, в котором собственная поляризационная анизотропия двулучепреломляющего ОВС при соответствующем подборе поляризации и мощности излучения накачки мохет компенсироваться за счет оптического эффекта Керрэ в поле накачки: если ориентация поляризации излучения накачки совпадает с главной осью с меньшим значением показателя преломления - пмин, то за счет ОЭК пМЙН увеличивается. С увеличением мощности накачки при определенной, критическом ее значении, данный- показатель преломления выравнивается с показателем преломления другой оси -пмах. Уменьшение разности пмах - пмин за ' счет нелинейного изменения показателя преломления в эксперименте определено■ по разности фаз непрерывного пробного излучения в двух поляризационных модах на выходе ОВС. На рис. I показана зависимость указанной разности фаз от мощности излучения накачки, полученная в слабоанизотропном ОВС с 5п = 2 Ю-8. Линейно уменьшающаяся разность фаз, а стало быть и результирующее двулучепреломление световода, при критической мощности 22 Вт равняется нулю и ¡световод становится динамически (т.е. в присутствии накачки) изотропном. При этом наличие обратной связи между состоянием поляризации накачки и степенью компенсированности собственного и наведенного двулучепреломлений, даже при слабой нестабильности параметров излучения (мощности, состояния поляризации) на входе в ОВС, вызывает значительную нестабильность состояния поляризации излучения Н8 выходе световода за счет эффекта накопления по длине.

На рис. 2 показаны осциллограммы импу.^сов накачки и модулированного излучения при различных значения мощности накачки.

Рис. I. Зависимость разности фаз когерентного излучения в двух поляризационных модах в ОВС с бп=Ю~8 от мощности-накачки.

Рис. 2 Осциллограммы лмпульсов накачли (а) п модулированного пробного излучения: (б), (в) и (с) яра различных значениях мощности-мкачка - 2,. 10 и 22 Вт, соочсэтвеяно.

Как., видно й'З рисунка, стабильные, пря малых мощностях, импульсы кодулированаого излучения при мощностях, опредчляемых условием компенсации-даух .типов двулучепре.'пиломя,,.становятся, суфз,ственк<?

нестабильным (от 2-3« при Ря=2 Вт до 300» при Р0=22 Вт), Соответствующее значение инкремента поляризационной неустойчивости, определяемое как отношение нестабильности излучений накачки на входе к нестабильности модулированного излучения на выходе ОВС доходило до ^100, что свидетельствует о высоком качестве исследоланногр световода, позволяющего поддерживать состояние поляризации излучения на протяжении всей длины одинаковым.

Спектральная зависимость Керровского модуляционного сигнала при сканировании длины волны накачки в области установления одномодового реяима, когда мохет сохраняться состояние поляризации излучения, позволила изучить режим наступления поляризационной нестабильности в ОВС, ее дннимику.а также по характеру наступления поляризационной нестабильности определить длину волны отсечки фундаментальной моды для световода с произвольными поляризационными свойствами.

исследованы процесса модуляции фазы излучения в ОВС. Описгча, разработанная для этих целей, экспериментальная установка на основе волоконных интерферометров *!аха - Ценд&ра и Саньяка. Принципиальное отличие двух этих интерферометров замечается в тов. что если в первом оптические пути излучения в двух плечах разные,то во втором две интерферирующие волны проходят один и тот ке световод, но в противоположных направлениях. Двухканальный. световод в виде двух независимых световедуиих жил в одной оболочке являете: почти идеальной средой для указанных целей. Для наших исследований подобные световоды были изготовлены в ИХ РАН путем колировка областей оболочки до необходимого сближения световедуиих хил двух идентичных заготовок с последующей совместной вытяжкой.

В интерферометре Махе - Цендера на базе двухканального световода изучены процессы модуляции фазы, обусловленные как Керровской нелинейность», так и нестационарными, в поперечном сечении, температурными градиентами. Нестационарное температурное ноле создавалось при поглощении короткого (зЮ-7 сек) импульса широкополосного Ш-излучения, генерируемого за счет каскадного ВКР в поле интенсивного излучения неодимового лазера и частично поглощаемого в одном, нагреваемом канале. При этом поперечное

распределение температурного поля в момент поглощения нагревающего импульса определяется профилем распределения нагревающего излучения:

¿T(r.2,t=0) = 4Т(2) ^(адг), (2)

где г - поперечная радиальная, г - продольная координата, Ше) -амплитуда перепада температуры, J0 - функция Бвссеяя нулевого порядка, описывающая поперечное респределение издучеяяя в одномодовом режяие, ац - нормирующий параметр. Различие пространственных перекрытая температурного, поля (и, соответственно, поля изменений показателя преломления за счет термооптического аффекта) с поляки »од интерферирующего излучения в двух каналах:

2* « 0

S ¡ ттлг.М)) J (апг) rdras и • (3)

оо ' 11

2* в ,

J J í(At0(r,B,t); фаяг) сов 0 rdríie (4)

вызывает различив навегов фаз излучения в соответствующих каналах световода, которое исчезает яивсте с температурным грэдяшом за времена " 10~6 - 10~4 сек, с учетом характерных npocjyaHCíseam размеров могокаяальяс ■•о свеквода в, свдоватвяьяо, температурного градиента многоканального световода, lía ряс. 3 показаны зависимое?» сигнала интерференция непрерывного излучения на выходе двухканального световода оч времена после поглощения импульса нагревающего излучения, яри различных зшергш импульса, которые наглядно показывая^ дялгшяяу рмаксвадт темяературного поля с характерны»!, ия уназатг. яроцэссов, времяаив я зозмояностя со тйетствущей коцяшн Фаза азлучвяия s подобном двух*анальном световоде.

В волоконной интерферометре сшяка процесса модуляции веяреравного пробного излучения й якяульсяоя поле шачхя йсмедовзяв в стационарном в яесяационзряом случаю.', ошчмшмя

Рис. 3. Зависимости интерференционного сигнала на выходе двухканального световода от времени после поглощения импульса, получевнвё при энергиях импульса 63 (а), 104 (б), 149 (в) и ¡ 180 (г) ккДя.

друг от друга отношением длительности импульса накачки - ¡t к времени обхода светом волоконного контура .- Xn/c ( At»Ln/c и Ат<<Ьп/с, соответственно).

В нестационарном случае, временная динамика наведения нелинейной фазы импульсом накачки на в'стречную и попутную волны модулируемого непрерывного излучения отличаются. В предположении Гауссовой формы временного профиля излучения накачки l(t0-i) = expl-(t0-t)/AíJ2 с ít=t/2(lnI0)I/'2, изменения фазы встречной волны во времени опйснвается как:

<

с гкг0 - г)йа, прн г < с | кг0 - л - 2гь)<н, при >

2 о

где С = ( п2 Рн) / п л, АЭф^ - параметр, определящий

эффективность модуляции, tJl = Ьп/с - время обхода .светом волоконного контура.

Для попутной же волны^:

23

4ф„ = (С Ь п/с) - х - Ъп/с) (6)

На основе полученных аналитических выражений вре-енной зависимости интерференционного сигнала и осциллограмм импульсов модулированного пробного излучения показана взаимосвязь меяду частотными характеристиками ■модуляция и временными характеристиками накачки и длиной волоконного контура. Изучение характеристик Керровской модуляции фаза излучения в интерферометре Саньяковского типа важно не только для создания высокоэффективных модуляторов лазерного излучения,, но и для определения фундаментального предела чувствительности волоконных гироскопов на основе указанного интерферометра, определяемого нелинейными изменениями показателя преломления и частотного диапазона Керровских шумов.

Проанализированы.дифференциальная и абсолютная температурные чувствительности двухканального ОВС к 'воздействии стационарного температурного поля. Представленные рассчетн указанных видов чувствительности фаза излучения из известных параметров световода, с хорошей точность» совпадают с экспериментально измеренными величинами. Показано, что на основе световода подобного типа можно разработать волоконные датпики температуры с управляемой чувствительностью (например, путем изменения расстояния между световедквдми каналами).

а

Нелинейные процессы, происходящие со значительным преобразованием частоты, в которых можн^ также эффективно

преобразовывать параметры, излучения,, рассмотрена в___главе___IV-..

Исследованы спектрально-времектне характеристики широкополосного излучения - континуума света, генерируемого при каскадном ВКР, Рассмотрен процесс генерации континуума в многоиодовом составном световоде, отдельные каналы которого импют разные концентрации Се02-легиранга, образующего профичь показателя преломления и разные коэффициенты ВКР-усйления.

Показана во?кадяость генерации светового континуума различного спектрального состава в ррчличаых волноводных каналах. При накачке световода излучением первой гармоники наодимового лазера с Л=1,064 мкм а мощностью,многократно превышавдей пороговую мощность генерации пергой стоксовой компоненты» получен сверхвирокой световой континуум, простирающийся з области 0,4-1,8 мкм - во всей области прозрачности световода.

Четырехфотоннае процессы, в которых фазовый синхронизм между взаимодействующими волнами достигав тек за счет компенсации материальной дисперсии велноводной, исследованы с точки зрения их возможности перестройки частоты генерации излучения. В малокодовых и двулучеиреломлявщих световодах получена дискретная перестройка частоты генерируевого излучения от нескольких «есятков см"1 до нескольких тысячь см-1. При двухчастной накачке световодов с разность» частот двух излучзйяй накачки, перестраиваемой в области колебательных розонансов среда вплоть до 1200 см"1, полученэ генерация высокоивтэасйвяого узкополосного перестраиваемого . стохсова излучения без разового синхронизма. С эффекгивностью преобразования излучения накачки до 38%.

Возможность управление долей излучения, канализируемой оболочкой ОВС путем подбора диаметра сердцевдш в разности показателей преломления сердцевины и оболочка, а ?ахж& длкгш волны излучения позволяет реализовать различные контаатвле схемы взаимодействия лазерного кяучеы&» с веществом. В чжгкост.Е, гигантское комбинацшоЕвое рассеаняе СРШ, обусловленное раакгк увеличением сечевик К1' ера и$яспс5вм «гчаллаческо® аор.врхяосм.с помощью одномодовак саапгсздесг вог^г бат ь рез«зов н?|>я и заплети: юнкогс ммалшиеоекг© ежам ев ттрхто'- п "-е1\ при этой, при

толщина слоя ~ I нм,поверхность уже может увеличивать сечение KP, но она еще прозрачна чтобы пропустить излучение выходящее изнутри. Для этого случая приведен сравнительный анализ эффективности ГКР в -> металлическом коллоиде (из металлических шариков диаметром ~100 нм), в котором традиционно исследуют ГКР и жгута из ог*омодовых световодов, покрптых металлическим слоем. Показано, что в предложенной методике наблюдения ГКР эффективная металлическая поверхность увеличивается на четыре порядка.

Глава__V посвещена изучению модуляции и преобразования

специфических сверхкоротких световых импульсов - фемтосекундных солитонов в цельноволоконном интерферометре Саньяка - волоконной петле. Использование цельнооптических элементов в схемах модуляции и преобразования лазерного излучения позволяет не только повысить стабильность процесса к внешним возмущениям, но и создавать практические устройства для использования в оптической связи, информатике и др. При этом также появляется возможность эффективной стыковки цельнооптического элемента, в коюром происходит модуляция и/или преобразование излучения с линиями его передачи, т.к. обэ они изготовляются из ОВС. Волоконные петли с необходимыми параметрами для исследований были изготовлены сотрудниками ИОФ РАН Охотниковам О.Г. и Кузнецовым A.B.

Для исследования процессов модуляции и коммутации фемтосекундных импульсов в световодах создана экспериментальная установка на основе волоконного - ясючника фемтосекундных солитонов. Методика генерации оптических солитояов в области 1,5-1,8 мкм, при накачке ОВС излучением с Х=1,054 мкм разработанная в ИОФ РАН позволяет получ( :ь импульсы длительностью а юо фс при длительности исходного импульса "100 пс. Описана техника измерения фемтосекундных длительностей из1учен»я с помощью автокоррелягора оптических импульсов на основе генерации неколлинеарной второй гармоники излучения.

Проанализировано прохождение фемтосекундных солитонов через направленный ответвитель и петлю в целом. Волоконная петля представляет из себя ь„шравленянй ответвитель длиной интърференвдонного участка ~ I - и см, позволяющий эффективно обменивать световой энергией между каналами (до 1008); а выходные концы петли соединены отрезком одномодового световода. При

отличии коэффициента деления огветвителя а от 0,5 интенсивности двух волн, проходяцих волоконнай контур навстречу друг-другу будут разними из-за различия нелинейных изменений показателя преломления «¡>1 * Фх) В этом случае, пропускание петля будет отличным от линейного - ро= 2а - I :

р = р0 + (I - р0) в1п2 (¿V2!. <7>

где Аф = ф' - ф1. Из вараяепия (7) видно, при каких услопях мохно получить максимальную эффективность переключения солитонов, лритерлевающих Керровсков изменение фазы, из одного канала в другой. Зксазргмавтально изучены изменения характеристик при прохождении фемгоезкуядши солитонов через волоконно-оптическую перл». На рис. 4 показаны спектра линейного (при незначительных мощностях проходящего излучения) и нелинейного (при мощностях "Ю3 Вт) пропусканий волоконной петли длиной а I м.

Рис. 4. Спектры линейного (штриховая кривая) и нелинейного, .обусловленного Керровским набегом фазы, (сплоаная кривая) пропусканий волоконной петли.

Как видно из рисунка, нелинейное пропускание, обусловленное Керровским нелинейный насегоя фазы на соответствующих ддьяаг еодн (1,45 и 1,8' шш) вызывает значительные отличия ■Й' лглойного, определяемого условием интерференции в направленном ответвкгеле.

Таким образом, подбирая режим нелинейного набора дополнительной фазн в петле мохно модулировать и переключать солитонн из одного выхода петли в другой (коммутировать) с высокой эффективностью.

В этой главе также рассмотрена возможность сверхбыстрой» модуляции и коммутации непрерывного или квазинепрерывного излучения с помощью оптических солятояов в волскояной петле зэ счет Керровской кроссмодуляцил. . Безинерционность Керровской нелинейности ОВС вплоть до временных интервалов ~Ю"14 сек позволяет создавать на основе подобных схем эффективные модуляторы • и переключатели в системах обработки и передачи информации.

Выключения представлена основные выводы диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В диссертационной работе впервые показано; что в ОВС со слабым двулучепреломлением путем подачи дополнительного излучения (накачки) с соответствующей поляризацией и мощностью, собственное двулучепреломление можно скомпенсировать наведенным, за счет ОЭК. При этом, среда становится динамически изотропной (в присутствии накачки).

2. В условиях компенсации собственного двулучепреломления наведенным автором впе~вне экспериментально оонарукене поляризационная неустойчивость лазерного излучения, обусловленная обратной связью между состоянием поляризации накачки и степенью компенсированности двулучепреломления.

3. В работе предложено использовать режим компенсации собственного двулучепреломления слабо анизотропных ОВС наведенным в сверхширокополосных волоконных трак.ах передачи информации, что исключает искажения информации за счет, поляризацион' :>й дисперсии световода.

4. Впервые показано, что в интерферометрических и поляриметрических устройствах из ОВС за счет Керровского изменения фазн и поляризации излучения можно эффективно, с глубиной до 100*, модулировать непрерывное излучение (пробную волну) в поле импульсного излучения (накачки) при мощностях Вт. Найдено, что возможность сверхбыстрой модуляции различных параметров излучения

(поляризации, фазы или же чаг-отн) при таких крайне низких, для нелинейного взаимодействия, мощностях накачки позволяет создавать компактные базовые.элемента систем сверхшмрокополосной оптической связи и оптических компьютеров,

5. -Продемонстрирована возможность эффективной модуляции фазы излучения . в волоконный свеЗ'оводах, используя нестационарные температурные поля в поперечном сечении многоканального световода, возникающих при доглодении коротких подсек) имиульсов ЕИрокополосного ИК-излучения за счет, термооптического эффекта.

6. Впервые ■ экспериментально показано.; что в волоконном интерфеуомйтре Саньака Ке'рровскаа нелинейность среди в поле внешнего импульсного излучения может вызывать значительные изменения разности фаз двух встречных интерферирующих волн, что приводит к э#ективной модуляции выходного интерференционного сигна. а. При этом временные характеристики и глубина модуляции определяются длиной волоконного контура и длительностью импульса накачки. Получейы аналитические выражения, описывающие указанные, временые характеристики.

7. Показано, что Керровские невзаимные изменения фазы двух встречных волн:в волоконном интерферометре Саньяка ойуславливают фундаментальный предел чувствительности волоконных гироскопов на их основе, как в стационарном случае, т.е. к^г'лв период щумовых изменений амплитуда излучения значительно превосходит гремени обхода светом волоконного контура, так и в нестационарном случае, когда указанное условие не соблюдается.

8.Продемонстрирована возможность точного измерения параметров нелинейного взаимодействия излучения в ОВС. В частности, измерен оптический коэффициент Керра, п2=4,0 - Ю-16 см2/Вт, используя возмозшость точного опре-еления геоме -рии взаимодействия в ОБС и симметричного воздействия различных внешних возмущений на две встречные волны в волоконном интерферометре ианьяка. измеренная величина п2 с хорошей точностью совпадает с измерениями других авторов

9. Показано, что наряду с исисльзовг-лием нелиней ых процессов, модулями параметров излучения g, овс может осуществляться так« и б линейно.-; режиме, сче, термсонтического эффект». Волоченные в диссертации экспериментальные зависимости

модуляционного сигнала, в виде изменений поляризации и фазь излучения, от температуры световода свидетельствуют о возможности высокоэффективной модуляции излучения при термическом воздействия на световод. Контролируемая чувствительность поляризации и фаза излучения к изменению температура получена путем изменения степени поляризационной анизотропии 'в сильнодвулучепреломляющих световодах и подбором волноводных параметров двууканального световода

10. Продемонстрирована возможность перестройки частота генерируемого излучения при вынужденном четырехфотонном смешенчи в в ОВС, в которых фазовый синхронизм между взаимодействуюаимя волнами обеспечивается за счет компенсации материальной дисперсий межмодовой (или между двумг модами разного порядка или между двумя поляризационными модами). Путем изменения дисперсии световода (изме1 лнием диаметра сердцевины, величина двулучепреломления) достигнута перестройка частотной отстройки стокс-антистоксовых излучений от ~10 см"1 до "1000 см-1.

11. В многомодовом составном световоде, состоящим из нескольких квазинезависимых волноводов с различными коэффициентами ВКР-усиления,получены световые континуума различного спектрального сос.ава и эффективности преобразования при накачке одним и тем же источником излучения.

12. Предложено использовать ' возможность управления интенсивностью излучения в оболочке ОВС, посредством изменения безразмерного волноводного параметра V для наблюдения гигантского КР сложными молекулами, подверженных фотодеструкции, путем размещения в раствор указанных молекул' 'MJC* покрытых тонким слсем металла, "1 нм. Определены сравнительные эффективности рассеяния в коллоидных растворах - традиционных средах для изучения гигантсксго КР и в хгуте "з 0В( покрытых, металлическим- слоем и показана возможность увеличения'эффективной металлической площади более 104 раз в предлагаемой конструкции. ' , .

13. При двухчастотлой накачке светозодов впервые получена генерация внсокоинтенсивного непрерывно-перестраиваемого стоксова излучения с эффективностью преобразования ■ излучения нэкачки п: энергии до 28*. Область перестройки указанного излучения ч ограничивается спектральной хириясй фэзсЕсго ' синхронизма !tpÇBS539î 1000 см"1 .

14. Показано, что в цельноволоконном интерферометре Саньяка -волоконной петле можно эфф ктивно модулировать параметры специфических оптических импульсов - фемтооекундных солитонов и коммутировать их между двумя выходными каналами. Эксперментально показано, что процесс к дуляция солнтояного импульса в волоконной петле имеет более высокую эффективность, чем для несолитонного импульса. Найдено, что оптические солитоны могут быть использованы также и для модуляции и коммутации другого, непрерывного или квазинепрерывного излучения, за счет Керровской кросс-модуляции в волоконной петле.

Основные__результатн__М£Ш>281Ш__03Убликд§аны__¡¡„следующих

работах:

I.Выну»денные четырехфотонные параметрические процессы в стеклянных волоконных световодах / Дианов Е.М., Захидов Э.А., Карасик А.Я. и др. // Письма в ЖЭТ£.-1981. -т.34. - вып.1. -С.40-44.

2.Особенности ?КР света в стеклянных волоконных световодах на основе sio2+Geo2 / Грудинин А.Б., Дианов Е.М.,Захидов Э.А. и др. // Квантовая электромка. -1981. -т.8. - fö II. -С.2383-2389.

3.Вынужденные четырехфотонные параметрические процессы в маломодовых стеклянных волоконных световодах. /Дианов Е.М., Захидов Э.А., Карасик ¿.Я. и др. // КЭТФ. -1982. -внп.1. -т.83. -С.39-49.

4.Оптический эффект Керра в стеклянных волоконных световодах со слабым и сильпы« двулучепреломлением/ Дианов Е.М., Захидов Э.А., Касымджанов N.A. п д,.Г//Квантовая электроника. -1987. -т.14. -*4. -С.822-826.

5.Вынужденные четырехфотонные' процессы в стеклянных волоконных, световодах / Дианов Е.М., Захидов Э.А., Карасик А.Я. и др. // Тезисы дг".ла;;оь XI Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике (КиНО). -Ереван. -1982. -

-С.441. о

6.Нелинейные , эффекты в волоконных световодах при бигармонической лазе.рвой накачке / Басиев Т.Т., Воронько D.K., Захидов Э.А., и др. // Тезисы докладов 17 Всесоюзной конференции "Световодные системы связи и передаче информации". -Москва. -1984. -С.76.

7.Нелинейные процессы в волоконных световодах при

бигармонической накачке / Басиев Т.Т;, Воронько Ю..... Захидов Э.А.

я др. // Тези.а докладов XII Всесоюзной конференции по когерентной •и нелинейной оптике (КиНО). -Москва. -1985. -Честь 11. -С.эг УЗ.

8.Захидов Э.А., Касымдханов М.А., Миртадяиев ü.M. Наведенное двулучепреломление в стеклянных волоконных световодах. //Тезисы докладов Y-Всесоюзной Конференций "Оптика лазеров". Ленинград. -1987 -С.155.

9.Захидов Э.А., Касымдханов М.А., Миртаджиев Ф.М. Способ компенсации фазовых искажений при передаче сигналов по ОВС. //-А/С #1569770. Приоритет с 21.12.1987.

10.Захидов Э.А., Касымджэнов И.А., Миртвджиев Ф.М. Температурные характеристики волоконных световодов в еолокчнно-оптлческом интерферометре Нвха-Цендера. // Известия All УзССР. Сер.физ. -1987. -К. -С.69-71.

11.Поляризационные хзрактерис/лки однонодовых волоконных световодов с напряжениями в материале оболочки. /Захидов Э.А.. Касымдханов М.А., Миртадяиев Ф.М. и др. //Известия АН УзССР. Сер.физ.-1987. -#>5. -С.70-73.

12.Управление фазовыми 'характеристиками непрерывного когерентного излучения в волоконно - оптическом интерферометре за счет оптического эффекта Керра / Захидов Э.А., Касымджанов H.A., Миртаджиев Ф.М. и др //Труды Всесоюзной конференции по управлению параметров лазерного излучения. Хабаровск. -1988. -С.114-116.

13.Индуцированная внешним полем , модуляция "злучения в волоконном интерферометре Сань^ка. /Захидов Э.А., Касымдханов М.А., Миртаджиев Ф.М. и др. //Квантовая электроника. -1988. -т.15. £12.-С.2525-2527.

Г.Захидов Э.А., Миртаджиев Ф.М.. Хайдаров Д.В. "цособ модуляции оптического излучения в нелинейно- .ттических средах. //Заявка на изобретение » 4729734/« 0-109788 от 16.00.89. Положительное'решение от 6.07.1991.

15.Захидов Э.А., Касымджанов М.Л., Пан В.В. Температурная чувствительность волоконного интерферометра на основе двухканального световода. //Письма в ХТ<5. -1989. -т.15. вып.23. -С.9-13.

16.Zakhldov Е.А., Kaeyadzanov И.A.. Mlrtadzle? F.M. Optical Rerr ellect In Sagtac lnterlerooeter under the action ol external Held. // Proceedings of the n-Hatlon.Ccnl."0ptlcs'90".-Varna. -1989. -P.29-30.

17.Fiber-optic loop femtosecond eoliton transmission. / Zakhidov E.A., Kasymdzanov M.A., MirtadBiev et al. // Proceedings of the IY-Natlonal Coni. "0ptics'89".-7arna. -1989. -P.24-25.

18.3ахидов Э.А., Миртаджиев ¡&.M., ХаСибуллаев П.К. Волоконно-оптический источник частотно - . модулированных пикосекундных импульсов // ДАН Уз ССР. -1989. -* 5. -С.29-31.

19.Нестационарная температурная модуляция' излучения в многоканальных световодах. /Захидов Э.А., Каснмдканов М.А., Миртаджиев Ф.М. и др. //Квантовая электроника. -1990. -т.17. J610. -С.1375-1376.

20.температурные зависимости состояния поляризации излучения в одномодовых волоконных световодах. /Захидов Э.А., Касымджанов М.А., Миртаджиев Ф-М. и др. II Доклады АН УзССР. -1990. -#9. -C.23-2G. N

21.Температурные характеристики поляризационных свойств анизотропных одномодовнх волоконных световодов. / Захидов Э.А., Касымджанов Ы.А., Миртаджиев Ф.М. и др. // Известия АН УзССР. Сер.физ. -1990. -U. -С.48-56.

22.Релаксация температурного гречиента в многоканальных волоконных световодах. /Захидов Э.А., Касымджанов М.А., Миртаджиев

и др. //Тезисы докладов 1-Всесоюз. конф. "Физические проблемы оптической связи". -Севастополь, -1990. -С.96.

23.Khaidarov D.V., Zakhidov Е.А. Femtosecond soliton transmission through a ilber-optical loop // Soviet lightwave communication. -1991. -v.1.-No 3.-P..97-206.

24.Сверхбыстрые процессы Керровской модуляции излучения в волоконных световодах. /Захидов Э.А., Миртаджиев Ф":М., Касымджанов W.A. и др. //Тезисы докладов П-Всесоюзной конференции "Физические проблемы.оптической связи и обработки информации". -г.Севастополь.

а

-1291г. -С.27.

25.Микросекундная динамика релаксации температурного поля в многоканальных волоконных световодах. / Захидов Э.А., ''•иртаджиев Ф.М., Касымджанов М.А. и др. // Тезисы докладов о ХП-Международной конференции "Когерентная и нелинейная оптика". (КиНО). -г.Санкт-Петербург. -1991. -т.З. -С.126.

26.Прохождение фемтосекунднн? солитонов через волоконно-оптическую петлю /Захидов З.А, Миртаджиев Ф.М., Хайдаров Д.В. и др. //Квантовая электроника. -1991.-т.18. ИЗ. -С.333-336.

27.Волоконно-оптическая система регистрации нестационарного температурного поля /- Захидов Э.А., Миртаджиев Ф.М., Касымджанов М.А. и др. //Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Метрология лазерных измерительных систем" (МЛИС), -г. Волгоград. —1991. -часть II. -С.85-86.

28.Лазерная дистанционная флуоресцентная спектроскопия / Захидов Э.А., Кясымджанов М.А., Хабибуллаев П.К. и др.//ДАН УзССР. -1991. 1. -С.23-26.

29.Захидов ' Э.А., Касымджанов М.А., Хабибуллаев П.К. Замедленная и переменная флуоресценция фотосинтезирующих объектов при импульсно - периодическом воздействии лазерного излучения И ДАН СССР. -1991. -т. 319. -Л 3. -C.SI2-6I4.

30.Kbaidarov D.V, Zakhldov Б.A. The femtosecond sollton In the fiber-optical loop // in Proceedings oi Workshop on the Optical solitons. -Singapore.-"Word Scientific". -1991. -P.117-129.

31.Захидов Э.А., Миртаджиев Ф.М. Нелинейная модуляция фазы излучения в волоконно - оптической петле // В сборнике "Структурно - динамически, процессы в ..эунорядоченных средах". Самарканд. -1992 г.-С.102.

32.Zakhldov Е.А. Laser fluorescent diagnostics of photosynthetlc activity of the plants // Proceedings of the International conferenct AIT'92. Moscow. -1992. Part I. P.96-98.

33.Surface Enhanced Raman Scatterig of light by biomolecules in fiber-optic structures with metallic cover /Zakhidov E.A., Kasymdzhanov M.A., Khabibullaev P.K. et all.// Proceedings of the International conference on Rafflaa scattering.- Wurzburg, Germany. -1992. -P.134-135.

34 .Таганское коибйнацаоннсв р8ссеяние света биомолекулама в в волоконно-оптических структурах с металлическим покрытием / Захидов Э. А., Каснмд<ййов IM.А.» ХабйбуЛдаев Ii.К. // В трудах Международной конференции "Альтернативные лазерные технологии" , (AM" 92). -Косква. -1992. Част Н. -С. bu-8ü.

З&.Кегг Bortulatlon oriight'in optical Ubers /Zakhlüov S.A., Kasyodaanov H.A., Hlrtadalev Fiiii et ai // Узбекский Физический журнал. -1992. 2. -С., Ь-12.

36.ZaXhldov К.А. Charge transfer processes In biological objects //Mol. Crist. & Liq.Crlsti -1993. -V.230.-P.bY-(.0.

ЯККАМОДАЛИ НУРТОЛАЛАРДА МОДУЛЯЦИОН НОЧИЗИРИ ЖАРРАЕНЛАР

Зордов Э.А. рскача мазмуни

Диссертацияда узининг физикавий хусусиятлари жихатидан ночизицли-оптик ходисаларни кузатишда алохида Урин тута„иган мухит-яккамодали нуртолалардаги модуляцион ночизицли жарраёнлар урганилган. Лазер нурининг яккамодали нуртолаларда жуда у зо^ (километрдан ортш$) масофаларга й^цотилиисиз /затилиши ва шу вацтн" узида нурнинг кундаланг кесими жуда кичик (бир неча микрон) сохада ушлаб турилиши ночизири жарраёнлар самарадорлигини шцоятда оииради. Бундан таш^ари, нур фазаси ва цутбланишининг сараниши ва мухит (кварц шишаси) ночизири сингдирувчанглигининг у та тезкорлиги (х $ с) ночизири жаррабнларда лазер нури

параметрларини модуляциялаи учун яккамодали нуртолаларнинг б^ар антанавий ночизири матертлларга Караганда юксак афзалликларини таъминлайди.'

Мазкур ишда яккамодали. нуртолгиарнинг турли ку'ринишларида (анизотроп ва изотроп, бир каналли ва ку'пканалли) ва улардан ясалган ^урилмаларда (бир йу'налишли интерферометрии нур булувчи элемент, щртолали интерферометрлар) сптик Керр'ходисаси таъсирида когерент нурклнг ртбланивш ва ф?засининг самарали модуллциялаш услубларининг илмий асослари ишлаб чирлган ва тегишли физикавий жарраёнлар текширилган. Нурларнинг Керр типидаги у'заро таъсирлашиш „ геометриясини яккамодали нуртолаларда, боища ночизири материаллардан фарри равишда, аниц улчаниши мумкинлиги асосида оптик Керр коэффициентининг'ани1$ циймати хисобланган.

Анизотроп нуртолаларда лазер нурининг цувватини ьа ртбланиш й^налишини тегишли равишда танлаб олинган холда нуртоланинг тайерланиш варила вужудга кепувчи хусусий иккилама нурсиндирувчанлиги оптик Керр ходисаси хисобига лазер нури таъсирида вужудга келувчи нс^.изири иккилама нурсиндирувчанлик билан компенсацияланиаи мумкинлиги "ахлил рлинган ва тажрибада биринчи бор исботлэнган. Бунда камнурснпдирувчая нуртолаларда

биринчи марта янги физик ходпса - нурнинг ¡^утбий нотуррунлиги кузатилган ва уни лазер нурининг адввати ва т$лрн узунлигига борлицлиги Урганилгаи.

Саньяк ва Мах-Цек .ер интерферометрларида оптик Керр ходисаси асосида вур фазаси модуляцияланишининг стационар ва костационар турлари урганилган. Саььяк интерферометрида бу икки хол нур интенсивлиги узгарившнинг характерли ва!$тининг гурни нуртола контурини айланиб утишига керак булган вацтга нисбатининг жуда катта ё'ки жуда кичкиналигига $араб аниранади. Керр типидаги ночизири узаро таъеирлашув натикасида нур фазасининг ва^т буйича узгаришини аналитик куринчшда ифодаловчи муносабатлар келтириб чиррилган ва улар оррм нуртолали интерферометр асосида ишловчи гироскоплардаги мумкин булган Керр фаза иоврнининг частоталар сохаси вниранган. •

Т/ртфотонли ночизира жарраенларни самарали кечишини таъминловчи фазаларни синхронлаш шартини нуртола параметрларини рйта танлаш рсобига узгартириа ва шу йусинда пайдо булаетган стоке в*, антистокс нурларининг тулрн узунликларини рйта созлаш имконияти тахлил рлкнган ва ■ тажриба'да курсатилган. Анизотроп яккамодали нуртолаларда иккилама нурсиндирувчанлик - Дйяи Ю"7дан Ю"3гача ошириш хисобига стокс-антистокс жуфтининг лазер нуридан частоталар фарр - ¿гаи -10 см_1дая ~Ю00 см' ^ача у'згартиришга эришилган.

Махсус кураяяэдаги утарсча оптик импульс - фемтосекундли солитонларнинг ялшшуртолали Саньяк интерферометри - нуртолали халрда самарали кодуляцияланиши ва ко^мутацияланиши и»кониятлари текчлрилган. Яккамодали нуртоладан тайе'рланган, узунлиги 1-2 метрдан иборат ' халрникг нур булиш коэффициентини тегишли рйматини танлаб олиш йу;. ,'билан давомийлиги » 100 фс ва цуввати бир неча кВт булган сптвк и: 1ульсларни Керр ходисаси люобига юксак самаралилик билан модуляцияланиши ва мумкин булган икки йу'л орасида коммутациялвниши инкониятл ;и /рганилган ва тажрибзда курсатилган. Фемтосекундли солитонлар уз - /зини иодуляциялашдан ташрри Керр кросс-модуляцияси рсобига х'алрга 1$ушиь -1а киритиладиггя узлуксиз пурни хам нодуляциялэии ва «аоммутациялаши мумкиллиги к/рсатилган.

MODULAT IONAL NONLINEAR PROCESSES IN SINGLE-MODE FIBEBS

E.A.Zaiihidov Summary

In the thesis oodulatlonal nonlinear processes occurlng In single-mode liters - original nedlum ior observing nonlinear-optical phenomena are Investigated. Long distances ol a lossless transmission oi the laser radiation (more than kilometers) and maintaining the light at the extremly snail cross section region (several nierons) In liber essentlaly Increasing eillclency ol the nonlinear processes. Moreover, preservation ol the phase and polarization ol a light in slngle-tuode fiber and ultralast response tine ol nonlinear retractive lndez (t ilO~14 s) ol the medium give additional advantages lor modulating ol the light parameters with ultrahigh irequencles In comparison with other nonlinear materials.

Méthode ol elllclent modulating ol the light polarization and phase in dillerent kinds ol single-mode libers (aulsotrofc or Isotropic, monochannel or multichannel) and interlerometrlc liber devices (directional couplers, liber interlerometers) under the action ol the Kerr ellect are developed and proper phyLlcal processes are studied. Optical Kerr coelllclent ol the lused silica has been measured with high accurancy ^=4,0 10~16 cm / K) because well known geometry ol the Kerr Interaction ol laser light In single-node liber.

In anisotropic libers with low blrslringence (An ~ 10~8) by means ol proper choice ol the Ugh. power end orlentatlc.i ol its polarization the possibility of compensating ol natural birefringence by nonlinear one arising at Kerr ellect is considered and experimentally demonstrated. At Ilrst experimentally shown that in these conditions may arising the new physical phenomenon - polarization Instability related to Interconnection between the state ol polarization and compensation degree ol the two kinds oi blrelringence. In this case instability

ol the polarisation state oi light propagating through blrefrlngent liter are dramatically enhancing. The power and spectral dependences ol the polarization Instability are obtained.

The phase modulation ol laser light In Sagnac and Max-Zehnder interferometers under the action ,of optical Kerr ellect Is studied in statlonar and nonstatlonar cases differing In ratio of duration of modllatlng light pulBe (t) and travelling tine of light through liber contour (ln/c): t >> ln/c and t << ln/c, re-pectlvly. Analytical eipresslons describing the tine dynanlcs of Kerr phase modulation ol the two counter-propagating beams In fiber contour are derived and frequency regions of the phase nolces In fiber Sagnac gyros caused by optical Kerr effect are determined.

The possibility of frequency tuning of a Stokes-antiStokes pairs generated In phase matched four-photon nonlinear processes by means of changing of the waveguide dispersion has been analysed and experimentally demonstrated. In anisotropic single-mode fibers by means of changing of the fiber birefringence - An from 10~7 to 10~3 dlscretly tuning of the frequency shift of the pairs from ~ 10 cm"1 to ~ 1000 en-1 Is achieved.

Modulating and switching of the special ultrashort optical pulses - feiatoBecond solltons arising under the action of optical Kerr pffect are studied In all-fiber Sagnac interferometer - In fiber optical loop. In fiber loop.with length of 1 - 2 meter by proper choosing of coupling coefficient optical pulses of . 100 is duration and several kW power may by nodulated with high efficiency (up to 1008) and switched between two poBslbio eilts.