光ソリトンは、光ファイバーの異常分散領域における分散効果によるパルス広がりと、自己位相変調(SPM)によるパルス圧縮が釣り合ったときに現れる[1-3]。ソリトンという名前は孤立波(Solitary Wave)に由来しており、長距離を伝搬しても波形が崩れず、かつソリトン同士で衝突しても全くその影響を受けない波動のことを指す。光ソリトンは1973年に、米AT&Tベル研究所の長谷川晃氏により発見された[4]。

光ファイバーが、入射する光パルスの波長に対し正常分散領域にあるとすると、波長の長い前縁部の成分の伝搬速度は速く、波長の短い後縁部の成分の伝搬速度は遅いためパルスは広がる(波長分散)。さらに正常分散領域ではSPMもパルス広がりに寄与する。

逆に異常分散領域ではパルスの前縁部が遅く、後縁部が速く伝搬する。これにより、異常分散領域では波長分散によってパルス幅が広がる一方で、SPMはパルスを圧縮する方向に働く。このとき、波長分散によるパルス広がりと非線形光学効果による圧縮効果が釣り合うようになると、光ファイバー中の光パルスは波形を保ったまま伝搬するようになる。このときのパルスが光ソリトンであり、このような現象を光ソリトン効果と呼ぶ。図1に光ソリトンの生成原理を示す。

光ソリトンの生成原理

図1:光ソリトンの生成原理

光ソリトンと非線形シュレディンガー方程式

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