سولیتون و انتقال خود – بسامد در آن

در سال‌های اخیر، پیش‌بینی امكان وجود تپ سولیتون و انتشار پایدار آن در الیاف نوری تك مد، از نظر تجربی كاملاً به تأیید رسیده است. برای این تپ‌های ناپاشنده چند كاربرد جالب توجه پیشنهاد یا پیاده شده است. یكی از این موارد، لیزر سولیتونی است. كه عبارت است از یك لیزر مركز رنگی با مد قفل شده كه تپ‌هایی با پهنای دل‌خواه از پیكو ثانیه تا چند ده فمتو ثانیه، تولید می‌كند و در آن پهنای تپ به كمك الیاف نوری مدار پسخوراند لیزر كنترل می‌شود. مورد دیگر، امكان ایجاد یك سیستم ارتباطات تمام اپتیكی است – سیستمی بدون تكرار كننده‌های الكترونیكی كه در آن یك تار منفرد از الیاف می‌تواند در هر ثانیه تا 100 میلیارد بیت را تا هزاران كیلومتر انتقال بدهد. در چنین سیستمی، برای غلبه بر اتلاف از بهره رامان استفاده خواهد شد، و انتقال تپ‌های سیگنال به صورت سولیتون خواهد بود.
رسیدن به چنین كاربردهایی انگیزه‌ای شده است برای درك بهتر اساس فیزیكی سولیتون در الیاف. به نظر می‌رسد كه معادله غیر خطی شرودینگر یعنی همان معادله آشنای مكانیك كوانتومی با ضرایبی متفاوت و با افزودن یك جمله برای رعایت غیر خطی بودن ضریب شكست الیاف، انتشار سولیتون‌های به پهنای چند پیكو ثانیه یا بیشتر را به خوبی توصیف می‌كند.
اما، اخیراً اثر غیر منتظره جدیدی كشف كرده‌ایم كه در معادله غیر خطی متداول شرودینگر پیش‌بینی نمی‌شود. مشاهده می‌شود كه با پیش‌روی سولیتون در طول الیاف، انتقال به سرخ پیوسته‌ای در بسامد مرئی سولیتون رخ می‌دهد. این اثر از خود دمش رامان در سولیتون ناشی می‌شود، و بدین طریق است كه انرژی از بخش بسامد بالای طیف به بخش بسامد پایین‌تر انتقال می‌یابد.
چون میزان انتقال به طور معكوس با توان چهارم پهنای تپ بستگی دارد، این اثر در گستره زیر پیكو ثانیه وضعیت خیلی حادی به خود می‌گیرد. مثلاً میزان انتقال یك بسامد اپتیكی THz200 (با طول موج μm5ر1) در طی مسافت 400 متر در الیاف برای یك تپ ورودی 500 فمتو ثانیه‌ای معادل THz8 می‌شود، در حالی كه اگر پهنای تپ را به حدود 100 فمتو ثانیه كاهش دهیم، همان مقدار انتقال در طی فقط چند متر در الیاف حاصل خواهد شد. بدین ترتیب، با استفاده از این پدیده می‌توان از یك سرچشمه لیزر، تپ‌های فمتو ثانیه‌ای با بسامدهای اپتیكی متفاوت به دست آورد این نكته در آزمایش‌های دمش – كاوش جالب توجه خواهد بود.
انتقال خود – بسامد سولیتون طرح پیشنهادی ارتباطات مبتنی بر سولیتون را مطرود نخواهد كرد، زیرا كه به دلایلی دیگر در طرح بهینه از تپ‌هایی با پهنای بزرگ‌تر از ps20 استفاده خواهد شد، و بستگی معكوس با توان چهارم پهنا موجب می‌شود كهاثر انتقال برای چنان تپ‌هایی قابل اغماض باشد. اما به نظر می‌رسد كه ارتباطات راه دور با استفاده از تپ‌های زیر پیكو ثانیه، دیگر مطرح نخواهد بود.