Soliton
Z Wikipedii
W matematyce i fizyce soliton to samopodtrzymująca się odosobniona fala wywołana przez efekty nieliniowe występujące w materiale prowadzącym falę. Solitony towarzyszą wielu zjawiskom fizycznym, pojawiają się też jako rozwiązania nieliniowych cząstkowych równań różniczkowych.
Zjawisko solitonu zostało po raz pierwszy opisane przez Johna Scotta Russella, który zaobserwował falę solitonu w kanale wodnym (Union Canal, Wielka Brytania), a następnie odtworzył to zjawisko w specjalnie przygotowanym zbiorniku wodnym. Zaobserwowaną falę Russell nazwał "falą przesunięcia" (ang. wave of translation).
Trudno precyzyjnie zdefiniować czym jest soliton. Drazin and Johnson (1989) zdefiniowali soliton jako rozwiązanie układu nieliniowych równań różniczkowych, które
- reprezentują fale o niezmiennym kształcie,
- są zlokalizowane, tak że zanikają lub osiągają stałą wartość w nieskończoności,
- mogą oddziaływać silnie z innymi solitonami, ale po kolizji zachowują niezmienioną formę - występuje tylko przesunięcie fazy
- W 1965 r. N. J. Zabusky z Bell Labs i M. D. Kruskal z Princeton Universiy w przeprowadzonym eksperymencie komputerowym jako pierwsi zaobserwowali występowanie solitonów w ośrodku. Model opierał się na równaniu Kortwega-de Vrie (r. KdV) i wykorzystywał metodę elementów skończonych.
- W 1967 r. Gardner, Greene, Kruskal i Miura za pomocą metody rozpraszania wstecznego (ang. inverse scattering transform) otrzymali analityczne rozwiązania równania KdV.
- W 1973 r. Akira Hasegawa z AT&T Bell Labs jako pierwszy zasugerował, że solitony mogą występować we włóknach światłowodowych. Soliton w światłowodzie tworzy się w wyniku wzajemnego kompensowania się efektów automodulacji fazy i dyspersji anomalnej. Hasegawa zaproponował wykorzystanie solitonu w telekomunikacji światłowodowej.
- W 1988 Linn Mollenauer z zespołem przesłali solitony optyczne na odległość 4 000 km wykorzystując zjawisko Ramana do wzmocnienia sygnału optycznego.
- W 1991 r. naukowcy z Bell Labs przeprowadzili bezbłędną transmisję 2,5 Gb/s na odległość powyżej 14 000 km, wykorzystując wzmacniacze światłowodowe domieszkowane erbem (EDFA).
- w 1998 Thierry Georges z zespołem badawczym z France Telecom łącząc solitony o różnych długościach fali optycznej (technika WDM) zademonstrowali transmisję 1 Tb/s (terabit na sekundę).
- W 2001 firma Algety Telecom uruchomiła pierwsze komercyjny system solitonowej transmisji światłowodowej.
Literatura
- P. G. Drazin and R. S. Johnson (1989). Solitons: an introduction. Cambridge University Press.
- A. Hasegawa and F. Tappert (1973). Transmission of stationary nonlinear optical pulses in dispersive dielectric fibers. I. Anomalous dispersion. Appl. Phys. Lett. Volume 23, Issue 3, pp. 142-144.
- P. G. Drazin and R. S. Johnson (1989). Solitons: an introduction. Cambridge University Press.
