Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Experimentalphysik

Betreuer: Prof. Dr. Fedor Mitschke



Dipl.-Phys. Alexander Hause
(e-mail: alexander.hause2@uni-rostock.de )

Wechselwirkungen und Bindungsmechanismen von optischen Solitonen in Glasfasern

Optische Solitonen sind formstabile Lichtimpulse in Glasfasern. In dieser Arbeit wird analysiert, unter welchen Bedingungen sich Solitonenpaare und -züge in passiven Glasfasern bilden können. Dazu wurde ein störungstheoretisches Modell entwickelt, mit dem sich die Wechselwirkung benachbarter Solitonen beschreiben lässt. Dieses Modell wurde auf zwei relevante Fälle angewendet. Der eine Fall betrifft Raman-verschobene Solitonenzüge. Es konnten Bedingungen für ein Kräftegleichgewicht zwischen den Solitonen hergeleitet werden. Dieses Gleichgewicht wird durch eine attraktive Kerr-Wechselwirkung und eine dem entgegenwirkende differentielle Raman-Beschleunigung der Solitonen erzeugt, ist aber instabil. Hierzu durchgeführte experimentelle Untersuchungen bestätigen dieses Verhalten. Der zweite analysierte Fall sind Solitonenmoleküle in dispersionsalternierenden Glasfasern (DM-Fasern). Dabei konnte die Ursache der stabilen Bindung dieser Doppelimpulse aufgedeckt werden. Die Vorhersagen der Wechselwirkung der DM-Solitonen stimmen mit den Ergebnissen aus auch hierzu durchgeführten Experimenten überein.

Optical solitons are stable pulses of light in optical fibers. Conditions for the formation of pairs and trains of solitons in passive fibers are analyzed in this thesis. An analytic model based on perturbation theory is developed to describe the interaction of adjacent solitons. The perturbative treatment is applied to two relevant cases. The first case deals with Raman-shifting soliton trains. Conditions for an equilibrium of forces acting on the solitons are derived. This equilibrium is based on a cancellation of attractive Kerr nonlinearity between the solitons and a differential Raman self-frequency shift, but is shown to be unstable. Experimental results confirm this interaction behavior. The second case are soliton molecules previously demonstrated in optical fibers with alternating dispersion (DM fibers). With the help of the perturbation model the binding mechanism of such stable structures is revealed. Again, experiments were performed; the results confirm the predictions of DM soliton interaction.