Cтраница 3
До сих пор в ( той главе мы рассматривали ФКМ двух волн, распространяющихся в одном и том же направлении; эти волны отличались друг от друга длинами волн или состояниями поляризации. Третий возможный случай когда две волны с одинаковыми частотами и состояниями поляризации распространяются по световоду в противоположных направлениях. Прямая и обратная волны будут взаимодействовать друг с другом за счет ФКМ. Такое взаимодействие может привести к качественно новым свойствам, проявляющимся в виде оптической бистабильности [63 66], когда волоконный световод используется для создания нелинейного кольцевого резонатора. [31]
Возникновение нелинейности показателя преломления сердцевины волоконного световода обусловливает появление нелинейных коэффициентов связи волн, что существенно усложняет систему уравнений связи, описывающих преобразование мод в волокне, в связи с чем эта система уравнений имеет только численное решение. Результаты получены для световода с диаметром сердцевины 9 мкм, коэффициентом разности между показателями преломления сердцевины и оболочки Д 0 0026 при п - 1 45, А - 0 619 мкм, длине решетки L 12 2 см и нелинейном коэффициенте Керра 1 24 - Ю-19 м / Вт. Как видно из приведенных на рис. 6.12, а зависимостей, высокие значения констант связи мод приводят к их эффективному преобразованию. В то же время, когда мощность излучения распространяющейся LPoi-моды велика ( рис. 6.12, б), эффективность ее преобразования в отраженную ЬРог-моду для одной и той же величины параметра фазовой отстройки и одной и той же длины волны излучения имеет несколько значений, что и проявляется как оптическая бистабильность. Причем с ростом мощности LPoi-моды область дисперсионной бистабильности увеличивается. Как показано в [13], пороговое значение мощности оптического излучения, при котором начинает проявляться эффект бистабильности преобразования мод, зависит от значения нелинейных коэффициентов связи мод. [32]
В эту книгу будут включены также другие аспекты теории лазера, например оптическая бистабильность. В то время как в обычных лазерах накачка осуществляется некогерентно, приборы с оптической бистабильностью могут рассматриваться как лазеры, которые управляются когерентно внешним полем. Поэтому многие теоретические методы, разработанные для лазеров, применимы и к анализу оптической бистабильности. Обстоятельный теоретический анализ этого явления был дан Луджато и другими авторами. Термин оптическая бистабильность обусловлен тем, что при подходящих условиях пропускание света через резонатор, заполненный атомами, может принимать два разных значения. Теория прибора с оптической бистабильностью вселяет надежды на то, что будет создан оптический транзистор. [33]
Небольшая по объему глава 9 посвящена теории оптической бистабильности - направлению, которое развивается необычайно стремительно. Возникновение бистабильности изучается на модельной задаче, в которой волна распространяется внутри замкнутого контура, состоящего из непрозрачных и полупрозрачных зеркал. В одном из плеч контура находится ячейка с нелинейной активной средой. Проведено рассмотрение и для более общего случая с произвольной восприимчивостью среды. Подчеркнем, что оптическая бистабильность рассматривается в настоящее время как идейная основа будущего оптического компьютера, новых полностью оптических систем обработки информации с использованием дискретной логики. В главах Ю и И излагается последовательная квантовая теория лазера. [34]
А значит, мы имеем следующее достаточное условие появления бистабильности, индуцированной шумом. Если интенсивность внешнего шума достаточно велика, именно а2 8, то имеются два максимума интенсивности прошедшего поля. Эта бистабильность существует независимо от значений кооперативного параметра. Эта бистабильность отлична от явления детерминистического гистерезиса и проявляется через совместное действие феноменологической нелинейной кинетики и внешнего шума. Резюмируя, можно сказать, что оптическая бистабильность проявляет оба типа фазовых переходов, индуцированных шумом. Детерминистическая критическая точка подавляется сколь угодно малым шумом и сдвигается в сторону больших значений с. В то же время работает механизм индуцирования критической точки чисто шумовыми эффектами, что приводит к бистабильному поведению при всех значениях кооперативного параметра. [35]
Однако в промежуточной области получается кубическое уравнение по Дэфф. С 8 для данного внешнего поля может быть три различных эффективных поля, действующих на атомы, два из которых представляют стабильные решения. Воообще говоря, атомные дипольные поля, соответствующие кооперативному атомному излучению, являются более существенными в случае слабого приложенного поля. В случае сильного приложенного поля оно является доминирующим. Прил и Дэфф при С 20 иллюстрируется кривой на рис. 16.9. Именно многозначность отклика является существенной особенностью оптической бистабильности. Отметим, что кооперативное атомное излучение играет фундаментальную роль в этом явлении. [36]
Кратко рассмотрим воздействие ФКМ на оптическую бистабиль-ность. Любая нелинейная среда, помещенная внутрь резонатора, может проявлять бистабильность [78, 79], и волоконные световоды не являются исключением. Если для этой цели использовать волоконный кольцевой резонатор, оптическая бистабильность может возникать вне зависимости от того, распространяется ли излучение по или против часовой стрелки. Интересная ситуация возникает, когда оптические волны возбуждаются в обоих направлениях. Возможно, оптическая бистабильность в одномодовых волоконных световодах будет использоваться для быстрых оптических переключений. [37]
Оптическая бистабильность является тем удивительным явлением, которое основано как на кооперативной природе взаимодействия между группой атомов и полем, так и на сильной нелинейности взаимодействия. При определенных обстоятельствах распространение света через резонансную среду может проявлять как бистабильное поведение, так и гистерезис, так что среда оказывается либо просветляющейся, либо поглощающей. В целом полуклассическое рассмотрение довольно хорошо описывает поведение среднего поля, однако, для описания таких его свойств, как флуктуации и фотонная статистика, необходимо квантово-полевое рассмотрение. Существенным моментом в оптической бистабильности является нелинейная связь между приложенным полем и электромагнитным полем, излучаемым атомными диполями, когда учитываются воздействия всех диполей друг на друга. Таким образом, кооперативное излучение играет ключевую роль в бистабильности. [38]
В эту книгу будут включены также другие аспекты теории лазера, например оптическая бистабильность. В то время как в обычных лазерах накачка осуществляется некогерентно, приборы с оптической бистабильностью могут рассматриваться как лазеры, которые управляются когерентно внешним полем. Поэтому многие теоретические методы, разработанные для лазеров, применимы и к анализу оптической бистабильности. Обстоятельный теоретический анализ этого явления был дан Луджато и другими авторами. Термин оптическая бистабильность обусловлен тем, что при подходящих условиях пропускание света через резонатор, заполненный атомами, может принимать два разных значения. Теория прибора с оптической бистабильностью вселяет надежды на то, что будет создан оптический транзистор. [39]