孤子 (光学)

✍ dations ◷ 2025-12-10 22:25:20 #孤子 (光学)

光学上，孤子 (soliton)是指传递过程中在空间上或时间上维持稳定的光束。通常这是由线性与非线性效应共同作用下的结果。

在只有线性效应的情况下，一道狭窄的光束传播时会因为衍射而使得光束的波形在空间上变宽。在具有较明显克尔效应（非线性效应）的材料中，光的折射率与受电场强度的平方成正比，当高斯形式的光束（如激光）射入时，在靠近中心的地方有较高的折射率，而周围的折射率较低，因此能够产生汇聚（称为自聚焦效应），并与衍射的发散效果达成平衡，使得光束的大小维持一定，这种光束称为空间光孤子 (Optical Spatial Soliton)。

在光学通讯上，由于不同频率的光在介质中有不同的传递速度（色散现象），因此在长距离下将会散开，使得原本的讯号扭曲，此现象（对比于前述空间上的发散）属于时间上的发散。克尔效应所造成的自相位调制效应亦能抵销此种发散，因而维持原本的波形。此状况下传递的光束称为时间光孤子 (Temporal Optical Soliton)。

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