Жарықталғыш талшықтардағы нөлдік дисперсия толқынының ұзындығы

Кіріспе

Бір реттік оптикалық талшықта нөлдік дисперсия толқын ұзындығы – материалдық дисперсия мен толқын жетек дисперсиясы бір-бірін жоятын толқын ұзындығы немесе толқын ұзындықтары болып табылады. Барлық кремний негізді оптикалық талшықтарда материалдық дисперсияның ең аз мәні шамамен 1300 нм толқын ұзындығында табиғи түрде пайда болады. Бір реттік талшықтар материалдық дисперсия толқын ұзындығын, соның салдарынан нөлдік дисперсия толқын ұзындығын шамамен 1550 нм-дегі ең аз жоғалту терезесіне қарай жылжытатын қоспалар (допанттар) қосылған кремний негізді шыныдан жасалуы мүмкін. Бұл инженерлік шешімнің айнымалы тұсы – ең төменгі оспендеу коэффициентінің сәл ғана артуы. Мұндай талшық дисперсиялық ығысқан талшық деп аталады. Дисперсияны өзгертудің тағы бір жолы – талшықтың өзегінің мөлшерін және өзектің және қаптаманың материалдарының сыну көрсеткіштерін өзгерту. Оптикалық талшық материалдары аз шашырау және жоғары түзілу үшін бұрыннан жоғары деңгейде оңтайландырылғандықтан, сыну көрсеткішін өзгертудің баламалы тәсілдері зерттелді. Тікелей шешім ретінде конус тәрізді талшықтар, тесікті талшықтар немесе фотондық кристалдық талшықтар (ФКТ) жасалды. Олар негізінен қаптаманы ауамен алмастырады. Бұл сыну көрсеткіштерінің контрастын 10 есеге арттырады. Сондықтан тиімді көрсеткіш өзгереді, әсіресе ұзын толқын ұзындықтары үшін. Геометрияның өзгешелігіне байланысты толқын ұзындығына қатысты сыну көрсеткішінің өзгеруі толқын жетек дисперсиясы деп аталады. Бұл тар толқын жетектері (~1-3 мкм өзектің диаметрі) нөлдік дисперсия толқын ұзындығындағы ультражылдам импульстермен біріктірілгенде, импульстер дисперсиядан бірден жойылмайды. Импульстің белгілі бір ең жоғары деңгейіне жеткеннен кейін, сызықты емес сыну көрсеткіші маңызды рөл атқара бастайды, бұл өзіндік фазалық модуляция (ӨФМ), модуляциялық тұрақсыздық, солитондық генерация және солитондық бөліну, кросс-фазалық модуляция (КФМ) және басқа да жиіліктерді тудыру процестеріне әкеледі. Бұл процестердің барлығы жаңа жиілік компоненттерін жасайды, яғни тар жолақты кіретін жарық суперконтинуумды құру процесі арқылы жаңа түстердің кең ауқымына айналады. Бұл термин көп реттік оптикалық талшықта да қолданылады, бірақ көбінесе еркін мағынада. Онда ол материалдық дисперсияның ең аз, яғни нөлге жуық болатын толқын ұзындығын білдіреді. Бұл дәлірек айтқанда ең төменгі дисперсиялық толқын ұзындығы деп аталады.

In a single mode optical fiber, the zero dispersion wavelength is the wavelength or wavelengths at which material dispersion and waveguide dispersion cancel one another. In all silica based optical fibers, minimum material dispersion occurs naturally at a wavelength of approximately 1300 nm. Single mode fibers may be made of silica based glasses containing dopants that shift the material dispersion wavelength, and thus, the zero dispersion wavelength, toward the minimum loss window at approximately 1550 nm. The engineering tradeoff is a slight increase in the minimum attenuation coefficient. Such fiber is called dispersion shifted fiber. Another way to alter the dispersion is changing the core size and the refractive indices of the material of core and cladding. Because fiber optic materials are already highly optimized for low scattering and high transparency alternative ways to change the refractive index were investigated. As a straightforward solution tapered fibers and holey fibers or photonic crystal fibers (PCF) were produced. Essentially they replace the cladding by air. This improves the contrast of refractive indices by a factor of 10. Therefore, the effective index is changed, especially for longer wavelengths. This type of refractive index change versus wavelength due to different geometry is called waveguide dispersion. As these narrow waveguides (~1 3 μm core diameter) are combined with ultrashort pulses at the zero dispersion wavelength pulses are not instantly destroyed by dispersion. After reaching a certain peak power within the pulse the non linear refractive index starts to play an important role leading to frequency generation processes like self phase modulation (SPM), modulational instability, soliton generation and soliton fission, cross phase modulation (XPM) and others. All these processes generate new frequency components, meaning that input light with narrow bandwidth expands into a wide range of new colours, through a process called supercontinuum generation. The term is also used, more loosely, in multi mode optical fiber. There, it refers to the wavelength at which the material dispersion is minimum, i. e. essentially zero. This is more accurately called the minimum dispersion wavelength.

Нөлдік дисперсиялық еңіс

Дисперсияның нөлдік дисперсия нүктесінде толқын ұзындығына қатысты өзгеру жылдамдығы нөлдік дисперсия еңісі деп аталады. Екі және төрт қабатты бір режимді талшықтарда екі нөлдік дисперсия нүктесі болады.