Дисперсия оптических вихрей в скрученных эллиптических оптических волокнах с крутильными механическими напряжениями
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 1 т.48, 2024 года.
Бесплатный доступ
В данной статье изучена дисперсия оптических вихрей с топологическим зарядом l ≥1 в скрученных эллиптических волокнах с крутильными механическими напряжениями. На основе спектров вихревых мод скрученных эллиптических волокон со ступенчатым и градиентным профилями установлены аналитические выражения для поляризационного, топологического и гибридного типов дисперсии оптических вихрей. Показано, что в сильно скрученных волокнах с градиентным профилем показателя преломления появляются новые виды дисперсии по сравнению со случаем ступенчатого профиля. Численно исследована зависимость дисперсии оптических вихрей от материальных и геометрических параметров волокна. Установлено, что в скрученных эллиптических волокнах со ступенчатым профилем существует спектральная область, вблизи которой для оптических вихрей с l ≥1 все виды дисперсии принимают околонулевые значения. Также продемонстрировано, что для скрученных эллиптических волокон с градиентным профилем данный режим реализуется для сильно скрученных сильно эллиптических волокон при l =1.
Похожие статьи в разделе Электротехника
Короткий адрес: https://sciup.org/140303270
IDS: 140303270 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1340
Dispersion of optical vortices in twisted elliptical-core optical fibers with torsional stresses
In this paper, the dispersion of optical vortices (OVs) with a topological charge l ≥ 1 in twisted elliptical fibers (TEF) with torsional stresses (TS) is studied. Analytical expressions for polarization, topological, and hybrid dispersion are derived from the spectra of vortex modes in step- and gradient-index TEFs with TS. It is shown that in strongly twisted fibers with a gradient refractive index profile, new types of dispersion appear in comparison with the case of a step-index profile. The dependence of the dispersion of OVs on the material and geometrical parameters of the fiber is studied numerically. It is established that in step-index TEFs with TS, there is a spectral region near which all types of dispersion for OVs with l ≥ 1 take a near zero value. It is also demonstrated that for TEFs with a gradient profile, this regime is realized for strongly twisted strongly elliptical fibers.
Список литературы Дисперсия оптических вихрей в скрученных эллиптических оптических волокнах с крутильными механическими напряжениями
- Snyder AW, Love JD. Optical waveguide theory. London, New York: Chapman and Hall; 1983.
- Lin C, Kogelnik H, Cohen LG. Optical-pulse equalization of low-dispersion transmission in single-mode fibers in the 1.3–1.7-μm spectral region. Opt Lett 1980; 5: 476-478. DOI: 10.1364/OL.5.000476.
- Ouellette F. All-fiber filter for efficient dispersion compensation. Opt Lett 1991; 16: 303-305. DOI: 10.1364/OL.16.000303.
- Poole CD, Wiesenfeld JM, McCormick AR, Nelson KT. Broadband dispersion compensation by using the higher-order spatial mode in a two-mode fiber. Opt Lett 1992; 17: 985-987. DOI: 10.1364/OL.17.000985.
- Poole CD, Wiesenfeld JM, DiGiovanni DJ, Vengsarkar AM. Optical fiber-based dispersion compensation using higher order modes near cutoff. J Lightw Technol 1994; 12: 1746-1758. DOI: 10.1109/50.337486.
- Menashe D, Tur M, Danziger Y. Interferometric technique for measuring dispersion of high order modes in optical fibres. Electron Lett 2001; 37: 1439-1440. DOI: 10.1049/el:20010987.
- Roy A, Sharan P, Acharya HN. Optimal design of broadband long period grating-based LP01↔LP02 mode converters for dispersion compensation. Opt Quantum Electron 2003; 35: 651-661. DOI: 10.1023/A:1023900217486.
- Ahn T-J, Jung Y, Oh K, Young Kim D. Optical frequency-domain chromatic dispersion measurement method for higher-order modes in an optical fiber. Opt Express 2005; 13: 10040-10048. DOI: 10.1364/OPEX.13.010040.
- Zolnacz K, Szatkowski M, Masajada J, Urbanczyk W. Broadband chromatic dispersion measurements in higher-order modes selectively excited in optical fibers using a spatial light modulator. Opt Express 2021; 29: 13256-13268. DOI: 10.1364/OE.422736.
- Zhao W, Wang Y, Li S-a, Geng W, Bao C, Fang Y, Wang Z, Liu Y-g, Ren Y, Pan Z, Yue Y. Non-zero dispersion-shifted ring fiber for the orbital angular momentum mode. Opt Express 2021; 29: 25428-25438. DOI: 10.1364/OE.424886.
- Sidorova M, Pavlov SG, Semenov AD, Gensch M, Hübers HW. Fiber-dispersive Raman spectrometer with single-photon sensitivity. Opt Express 2021; 29: 20941-20951. DOI: 10.1364/OE.425492.
- Geng W, Fang Y, Wang Y, Bao C, Wang Z, Liu Y-g, Huang H, Ren Y, Pan Z, Yue Y. Highly dispersive germanium-doped coupled ring-core fiber for vortex modes. J Lightw Technol 2022; 40: 2144-2150. DOI: 10.1109/JLT.2021.3133448.
- Gordon JP, Kogelnik H. PMD fundamentals: Polarization mode dispersion in optical fibers. Proc Natl Acad Sci USA 2000; 97: 4541-4550. DOI: 10.1073/pnas.97.9.4541.
- Sunnerud H, Karlsson M, Chongjin X, Andrekson PA. Polarization-mode dispersion in high-speed fiber-optic transmission systems. J Lightw Technol 2002; 20: 2204-2219. DOI: 10.1109/JLT.2002.806765.
- Fujii Y, Sano K. Polarization coupling in twisted elliptical optical fiber. Appl Opt 1980; 19: 2602-2605. DOI: 10.1364/AO.19.002602.
- Barlow AJ, Ramskov-Hansen JJ, Payne DN. Birefringence and polarization mode-dispersion in spun single-mode fibers. Appl Opt 1981; 20: 2962-2968. DOI: 10.1364/AO.20.002962.
- Li MJ, Nolan DA. Fiber spin-profile designs for producing fibers with low polarization mode dispersion. Opt Lett 1998; 23: 1659-1661. DOI: 10.1364/OL.23.001659.
- Wang Y, Xu C-Q, Izraelian V. Characterization of spun fibers with millimeter spin periods. Opt Express 2005; 13: 3841-3851. DOI: 10.1364/OPEX.13.003841.
- Wang L, Vaity P, Chatigny S, Messaddeq Y, Rusch LA, LaRochelle S. Orbital-angular-momentum polarization mode dispersion in optical fibers. J Lightw Technol 2016; 34: 1661-1671. DOI: 10.1109/JLT.2015.2506461.
- Cao H, Gao S-C, Zhang C, Wang J, He D-Y, Liu B-H, Zhou Z-W, Chen Y-J, Li Z-H, Yu S-Y, Romero J, Huang Y-F, Li C-F, Guo G-C. Distribution of high-dimensional orbital angular momentum entanglement over a 1 km few-mode fiber. Optica 2020; 7: 232-237. DOI: 10.1364/OPTICA.381403.
- Barshak EV, Yavorsky MA, Vikulin DV, Lapin BP, Volyar AV, Alexeyev CN. Polarization and topological mode dispersion of optical vortices in circular optical fibers. Computer Optics 2019; 43(1): 25-34. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-25-34.
- Barshak EV, Alexeyev CN, Lapin BP, Yavorsky MA. Novel types of mode dispersion of optical vortices in twisted optical fibers. Proc Int Conf DAYS on DIFFRACTION 2019: 11-16.
- Alexeyev C, Barshak E, Fridman Y, Yavorsky M. Optical vortices in twisted elliptical optical fibers with torsional stress. Appl Opt 2012; 51: C163-C169. DOI: 10.1364/AO.51.00C163.
- Barshak EV, Alexeyev CN, Lapin BP, Yavorsky MA. Twisted anisotropic fibers for robust orbital-angular-momentum-based information transmission. Phys Rev A 2015; 91: 033833 DOI: 10.1103/PhysRevA.91.033833.
- Barshak EV, Yavorsky MA, Vikulin DV, Lapin BP, Volyar AV, Alexeyev CN. Polarization and topological mode dispersion of optical vortices in circular optical fibers. Computer Optics 2019; 43(1): 25-34. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-25-34.
- Fleming JW. Dispersion in GeO2–SiO2 glasses. Appl Opt 1984; 23: 4486-4493. DOI: 10.1364/AO.23.004486.
