Фазочувствительное усиление оптического сигнала в боковых полосах модуляционной неустойчивости при одночастотной накачке

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Модуляционная неустойчивость является распространенным явлением в физике нелинейных волн. Данный эффект проявляется в виде экспоненциального роста малых гармонических возмущений вокруг несущей частоты волнового пакета. Для возникновения модуляционной неустойчивости необходимо наличие кубической нелинейности и аномальной дисперсии групповой скорости. В оптических волокнах с периодическим изменением дисперсии модуляционная неустойчивость может возникать как в режиме аномальной, так и нормальной дисперсии. В статье рассмотрен процесс модуляционной неустойчивости при взаимодействии сигнальной волны, холостой волны и мощной волны накачки. Модуляция дисперсии приводит к возникновению резонансных полос усиления. Их положение определяется периодом модуляции дисперсии. На основе численного решения укороченных волновых уравнений авторами статьи показано, что фазочувствительное усиление может наблюдаться в боковых полосах модуляционной неустойчивости. Параметрический коэффициент усиления зависит как от фаз взаимодействующих волн, так и от фазы модуляции дисперсии. В зависимости от соотношения между фазами реализуется либо режим усиления, либо режим ослабления сигнальной волны. Такой эффект позволяет управлять положением частотных полос ослабления сигнала в пределах одной полосы модуляционной неустойчивости. Показано, что использование оптических волокон со сложным профилем модуляции дисперсии позволяет формировать широкую полосу усиления. В качестве примера рассмотрено волокно с модуляцией диаметра, определяемой суперпозицией трех синусоид с различной амплитудой, фазой и периодом модуляции. Показано, что в пределах одной полосы усиления возможно возникновение нескольких узких полос ослабления сигнала. Положение полос ослабления сигнала определяется фазами взаимодействующих волн.

Об авторах

Андрей Иванович Конюхов

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Леонид Аркадьевич Мельников

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А.

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Список литературы

  1. Huang J. Parametric amplifiers in optical communication systems: From fundamentals to applications // Optical amplifiers – a few different dimensions / ed. P. K. Choudhury. Rijeka : Intech Open, 2018. P. 39–65. https://doi.org/10.5772/intechopen.73696
  2. Tong Z., Lundstrom C., Andrekson P. A., Karlsson M., Bogris A. Ultralow noise, broadband phase-sensitive optical amplifiers, and their applications // IEEE J. of Selec. Top. in Quant. Electron. 2012. Vol. 18, iss. 2. P. 1016–1032. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2011.2136330
  3. Lundstrom C., Corcoran B., Karlsson M., Andrekson P. A. Phase and amplitude characteristics of a phase-sensitive amplifier operating in gain saturation // Opt. Express. 2012. Vol. 20, iss. 19. P. 21400–21412. https://doi.org/10.1364/OE.20.021400
  4. Takanashi N., Inoue A., Kashiwazaki T., Kazama T., Enbutsu K., Kasahara R., Umeki T., Furusawa A. All-optical phase-sensitive detection for ultra-fast quantum computation // Opt. Express. 2020. Vol. 28, iss. 23. P. 34916–34926. https://doi.org/10.1364/OE.405832
  5. Marhic M. E., Andrekson P. A., Petropoulos P., Radic S., Peucheret C., Jazayerifar M. Fiber optical parametric amplifiers in optical communication systems // Laser & Photonics Reviews. 2014. Vol. 9. P. 50–74. https://doi.org/10.1002/lpor.201400087
  6. McKinstrie C. J., Radic S. Phase-sensitive amplification in a fiber // Opt. Express. 2004. Vol. 12, iss. 20. P. 4973–4979. https://doi.org/10.1364/OPEX.12.004973
  7. Agrawal G. P. Nonlinear fiber optics. 5th ed. Oxford : Academic Press, 2013. 648 p.
  8. Smith N. J., Doran N. J. Modulational instabilities in fibers with periodic dispersion management // Opt. Lett. 1996. Vol. 21, iss. 8. P. 570–572. https://doi.org/10.1364/OL.21.000570
  9. Droques M., Kudlinski A., Bouwmans G., Martinelli G., Mussot A. Dynamics of the modulation instability spectrum in optical fibers with oscillating dispersion // Phys. Rev. A. 2013. Vol. 87, iss. 1. P. 013813-7. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.87.013813
  10. Feng F., Sysoliatin A., Chembo Y. K., Fatome J., Wabnitz S., Finot C. Wavelength conversion and temporal compression of pulse train using dispersion oscillating fibre // Electronics Letters. 2014. Vol. 50, iss. 10. P. 768–770. https://doi.org/10.1049/el.2014.0627
  11. Mussot A., Conforti M., Trillo S., Copie F., Kudlinski A. Modulation instability in dispersion oscillating fibers // Adv. Opt. Photon. 2018. Vol. 10, iss. 1. P. 1–42. https://doi.org/10.1364/AOP.10.000001
  12. Finot C., Fatome J., Sysoliatin A., Kosolapov A., Wabnitz S. Competing four-wave mixing processes in dispersion oscillating telecom fiber // Opt. Lett. 2013. Vol. 38, iss. 24. P. 5361–5364. https://doi.org/10.1364/OL.38.005361
  13. Cappellini G., Trillo S. Third-order three-wave mixing in single-mode fibers: Exact solutions and spatial instability effects // J. Opt. Soc. Am. B. 1991. Vol. 8, iss. 4. P. 824–838. https://doi.org/10.1364/JOSAB.8.000824
  14. Sysoliatin A. A., Gochelashvili K. S., Konyukhov A. I., Melnikov L. A., Stasyuk V. A. All-optical fiber soliton processing using dispersion oscillating fiber // Laser Phys. Lett. 2020. Vol. 17. Article number 065105. P. 1–9. https://doi.org/10.1088/1612-202X/ab8472
  15. Sysoliatin A., Senatorov A., Konyukhov A., Melnikov L., Stasyuk V. Soliton fission management by dispersion oscillating fiber // Opt. Express. 2008. Vol. 15, iss. 25. P. 16302–16307. https://doi.org/10.1364/OE.15.016302
  16. Fourcade-Dutin C., Bassery Q., Bigourd D., Bendahmane A., Kudlinski A., Douay M., Mussot A. 12 THz flat gain fiber optical parametric amplifiers with dispersion varying fibers // Opt. Express. 2015. Vol. 23, iss. 8. P. 10103–10110. https://doi.org/10.1364/OE.23.010103

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах