Российские ученые из Института вычислительных технологий Сибирского отделения РАН занимаются исследованиями, направленными на совершенствование существующих волоконно-оптических систем. Алексей Редюк, один из участвующих в проекте ученых, рассказал отделу науки сайта «Газеты.Ru» о том, что такое солитоны, как они связаны с передачей информации и удалением с орбиты Земли космического мусора, а также как достижения фундаментальной науки можно применять на практике.
В частности, А. Редюк пояснил, что лазеры являются основным элементом любого передатчика оптической линии связи. Они генерируют импульсы специальной формы, на необходимой длине волны и с заданной частотой. Рассказал, что для света большой мощности, который научились получать с помощью лазеров, основные законы геометрической оптики не работают. Причем мощное излучение само изменяет свойства среды, в которой распространяется. В этом случае говорят о нелинейном характере взаимодействия излучения и среды, или о происходящих нелинейных процессах. Наиболее наглядной демонстрацией нелинейного процесса является самофокусировка пучка света. Если запустить световой пучок малой мощности в среду, например в газ, то он будет распространяться прямолинейно без каких-либо изменений своих свойств. Однако если мощность пучка света большая, то при его распространении и под его влиянием показатель преломления среды будет изменяться. Это приводит к тому, что изначально параллельный пучок будет фокусироваться, как будто прошел через линзу.
Еще одной важной задачей является генерация диссипативных солитонов, которые нужны для получения масштабируемых по энергии мощных фемтосекундных импульсов. А. Редюк пояснил, что в самом общем смысле солитон — это уединенная волна, устойчиво распространяющаяся в нелинейной среде. Устойчивость заключается в сохранении ее формы и достигается за счет взаимной компенсации нелинейных и линейных эффектов. Оптическое волокно как раз является нелинейной средой, и как экспериментально, так и теоретически продемонстрировано существование оптических солитонов. Вообще, под понятием «оптический солитон» в настоящее время понимается целый класс различных световых импульсов, в каком-либо смысле сохраняющих свою форму: это и периодические дисперсионно-управляемые солитоны, и диссипативные солитоны, и другие. На заре развития волоконной оптики идея использования солитонов для передачи данных на большие расстояния — именно из-за их свойств — была очень популярной и интенсивно развивалась. Однако потом появились более эффективные технологии, солитонная передача данных оказалась забытой, а нелинейность была объявлена главным врагом протяженных систем связи и для борьбы с ней были брошены большие силы. Но в наше время, когда производительность современных линий связи подходит к своему пределу из-за нелинейных эффектов, эта идея снова возрождается и снова ведутся различные исследования по этой тематике. Действительно, зачем с нелинейностью бороться, если ее можно использовать себе на пользу?
Отвечая на вопросы, А. Редюк рассказал о том, что сделано и предстоит сделать в рамках гранта РНФ «Моделирование сложных нелинейных лазерных и телекоммуникационных систем». В частности, уже выполнены исследование многосердцевинных оптических волокон и продемонстрирована возможность их использования для сжатия оптических импульсов. Это важно с практической точки зрения для получения коротких и мощных импульсов специальной формы. Ведется исследование новых усилителей оптического сигнала для телекоммуникационных систем связи. Усиление сигнала в таких устройствах достигается за счет использования нелинейности волокна.
Что касается практического применения результатов научных исследований, то здесь очень важным является очищение орбиты Земли от космического мусора с помощью мощных лазеров, которые расположены на поверхности Земли. Для решения этой задачи как раз используется эффект самофокусировки светового пучка при его распространении сквозь атмосферу.
В конце интервью А. Редюк рассказал о научных планах на ближайшее будущее, о международном сотрудничестве в рамках проекта и о подготовке молодых исследователей.
Ссылка на источник: http://www.gazeta.ru/science/2016/04/21_a_8186921.shtml (21.04.2016)
