交叉相位调制

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交叉相位调制(cross-phase modulation)

简称:XPM

定义:由于一束光的光强导致的另一束光的相位变化的非线性效应

交叉相位调制是由于非线性介质中的一束光与另一束光的相互作用导致的该光的相位变化,这种相位调制是由于克尔效应导致的。交叉相位调制可以用折射率的变化来表示:

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其中 n2 是非线性系数,I(1)是光束1的光强,由于该光强的作用导致光束2的感受到了∆n(2)的折射率变化。

与自相位调制中相应的公式对比,交叉相位调制的公式中多以一个系数2。需要注意的是,该系数对于同偏振的两束光适用;对于各项同性介质中的偏振互相垂直的两束光,这个系数需变为2/3。

对于交叉相位调制的更根本的描述是基于介质中的非线性极化(基于X(3) 非线性)的。以上所述的的系数2也可以从这个方向进行理解。

交叉相位调制的作用,在不同的情况下,交叉相位调制是有不同的作用的
  1. 其会导致介质中不同激光间的相互作用。例如:可以通过观测一束光的相位变化来测量另一束光的光强。这也是量子非破坏性测量(quantum nondemolition measurements)的基础。
  2. 利用交叉相位调制可以利用同一个增益介质中的实现两个锁模激光器的同步,在该介质中两束激光在时域上交叠而有交叉相位调制效应。
  3. 光纤通信中,光纤中的交叉相位调制会导致通道串扰的问题。
  4. 交叉相位调制有时是信道转换(波长变换)的机制。但在这种情况下,交叉相位调制一般不是基于克尔效应,而是基于半导体光放大器中载波子浓度变化导致的折射率变化。


参考文献

1. M. N. Islam et al., “Cross-phase modulation in optical fibers”, Opt. Lett. 12 (8), 625 (1987)

2. M. Shtaif, “Analytical description of cross-phase modulation in dispersive optical fibers”, Opt. Lett. 23 (15), 1191 (1998)

3. A. Fellegara and S. Wabnitz, “Electrostrictive cross-phase modulation of periodic pulse trains in optical fibers”, Opt. Lett. 23 (17), 1357 (1998)

4. M. Margalit et al., “Cross phase modulation squeezing in optical fibers”, Opt. Express 2 (3), 72 (1998)

5. N. Matsuda et al., “Observation of optical-fibre Kerr nonlinearity at the single-photon levels”, Nature Photon. 3, 95 (2009)

6. G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 4th edn., Academic Press, New York (2007)

7. R. Paschotta, tutorial on "Passive Fiber Optics", Part 11: Nonlinearities of Fibers


参阅:克尔效应自相位调制