高阶时间孤子经光纤追踪后自变窄效应

从图12-3可以看出，对N=3时间孤子来说，在z0/4距离处脉冲宽度显著变小。数值计算结果表明，对N＞3的孤子们而言，在经过一段长度远小于孤子周期的光纤样品之后，其脉冲宽度可变更小而峰值功率显著增大。利用高阶孤子的这一特性，可在实验上采用经过短光纤传输的方式，大幅度压缩入射光脉冲的时间宽度［19～23］。

图12-7　初始脉宽为7 ps的光脉冲在经过一段320 m长的光纤样品后，测量到的输出脉冲自相关扫描曲线［19］

（a）入射脉冲峰值功率满足N≈3；（b）满足N≈5；（c）满足N≈7；（d）满足N≈13

图12-7为一种典型的实验结果［19］。在该实验中入射光脉冲的波长约为1.5μm，宽度约为7 ps，光纤样品长度L=320 km≈z0/4。入射脉冲峰值功率可以变化调整，故可满足形成不同阶次时间孤子的条件要求。输出光脉冲宽度采用自相关二次谐波方法加以检测。当入射光脉冲满足N≈3孤子条件时，输出脉冲宽度仅为0.96 ps；而当形成N≈13孤子时，输出光脉冲的宽度被压缩到窄至0.31 ps。在后一情况下，脉冲的压缩比约为1/23。

本章到目前为止，着重介绍了用1.5μm光脉冲所做的实验。实际上，采用其他波长的激光脉冲，亦可在适当的光纤样品中产生时间孤子。例如，在实验上曾利用波长为1.32 μm、脉宽为1.5 ps的光脉冲，入射到一个长度为19.5 m的光纤样品中，该光纤在入射光波长处的GVD系数为D≈-5 ps/（nm·km）［21］。计算出为形成基本时间孤子所需峰值功率为P1≈4.16 W，孤子周期为z0≈246 m。图12-8为在不同输入峰值功率水平下，测得的输出脉冲的自相关信号时间扫描曲线。从图中可看出，对于N≈12的孤子脉冲在经过19.5 m的光纤传输后，脉冲宽度被压缩到45倍以上。(www.xing528.com)

图12-8　初始宽度为1.5 ps的1.32 μm的光脉冲，以高阶时间孤子方式经过19.5 m长光纤样品后，测得的自相关时间扫描曲线［21］

（a）入射脉冲峰值功率满足N≈8；（b）满足N≈11；（c）满足N≈12

如果出自激光源的初始光脉冲宽度较宽（50～100 ps），则对这类脉冲的压缩可分两步进行。第一步是让这些脉冲首先经过一个由具有正GVD特性的光纤样品以及一对具有负GVD组合特性的光栅（或棱镜）对所组成的传输脉宽压缩系统，经过这样一种系统之后，光脉冲通常可被压缩至1～2 ps。第二步是让这样已被压缩的光脉冲，再经过一段具有负GVD特性的短光纤样品，最后输出脉冲的宽度可被压缩到只有几十个飞秒的量级［21，22］。

需要指出的是，实际上允许输入光脉冲的最大峰值功率会受到光纤样品破坏或者其他不希望产生的非线性效应的限制。在这种意义上说，采用具有负GVD特性的空心光子晶体光纤，或许亦可成为一种产生高阶时间孤子的另外一种途径［24］。与石英玻璃芯的普通光纤相比，这种新型空心光纤有可能承受更高的脉冲峰值功率。