Поляризационная и топологическая модовая дисперсия оптических вихрей в циркулярных оптических волокнах

Автор: Баршак Елена Владимировна, Яворский Максим Александрович, Викулин Дмитрий Вячеславович, Лапин Борис Петрович, Воляр Александр Владимирович, Алексеев Константин Николаевич

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 1 т.43, 2019 года.

Бесплатный доступ

В статье впервые исследована проблема межмодовой дисперсии внутри группы оптических вихрей с азимутальным числом, которое больше или равно 1, в циркулярных оптических волокнах. Установлено, что дисперсия между оптическими вихрями с топологическим зарядом ± 1 отсутствует, а между оптическими вихрями с топологическим зарядом больше 1 имеет место как стандартная поляризационная, так и дисперсия принципиально нового типа - топологическая модовая дисперсия. Численно исследована зависимость дисперсии оптических вихрей от длины волны излучения при различных параметрах для волокон с градиентным и ступенчатым профилем показателя преломления. Установлена возможность реализации режима нулевой топологической и поляризационной дисперсии оптических вихрей в волокнах со ступенчатым профилем.

Еще

Оптические вихри, поляризационная модовая дисперсия, топологическая модовая дисперсия, оптические волокна

Короткий адрес: https://sciup.org/140243264

IDR: 140243264 | DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-25-34

Список литературы Поляризационная и топологическая модовая дисперсия оптических вихрей в циркулярных оптических волокнах

Soskin, M. Singular optics/M. Soskin, M. Vasnetsov. -In: Progress in optics/ed. by E. Wolf. -Elsevier Science B.V., 2001. -Chapter 4. -P. 219-276. - DOI: 10.1016/S0079-6638(01)80018-4
Yao, A.M. Orbital angular momentum: origins, behavior and applications/A.M. Yao, M.J. Padgett//Advances in Optics and Photonics. -2011. -Vol. 3, Issue 2. -P. 161-204. - DOI: 10.1364/AOP.3.000161
Willner, A.E. Optical communications using orbital angular momentum beams/A.E. Willner, H. Huang, Y. Yan, Y. Ren, N. Ahmed, G. Xie, C. Bao, L. Li, Y. Cao, Z. Zhao, J. Wang, M.P.J. Lavery, M. Tur, S. Ramachandran, A.F. Molisch, N. Ashrafi, S. Ashrafi//Advances in Optics and Photonics. -2015. -Vol. 7, Issue 1. -P. 66-106. - DOI: 10.1364/AOP.7.000066
Padgett, M.J. Orbital angular momentum 25 years on/M.J. Padgett//Optics Express. -2017. -Vol. 25, Issue 10. -P. 11265-11274. - DOI: 10.1364/OE.25.011265
Franke-Arnold, S. Uncertainty principle for angular position and angular momentum/S. Franke-Arnold, S. Barnett, E. Yao, J. Leach, J. Courtial, M. Padgett//New Journal of Physics. -2004. -Vol. 6. -103. - DOI: 10.1088/1367-2630/6/1/103
Alexeyev, C. Tunnelling of orbital angular momentum in parallel optical waveguides/C. Alexeyev, N.A. Boklag, T.A. Fadeyeva, M. Yavorsky//Journal of Optics. -2011. -Vol. 13, Issue 6. -064012. -
DOI: 10.1088/2040-8978/13/6/064012
Molina-Terriza, G. Management of the angular momentum of light: preparation of photons in multidimensional vector states of angular momentum/G. Molina-Terriza, J.P. Torres, L. Torner//Physical Review Letters. -2002. -Vol. 88, Issue 1. -013601. -
DOI: 10.1103/PhysRevLett.88.013601
Gibson, G. Free-space information transfer using light beams carrying orbital angular momentum/G. Gibson, J. Courtial, M. Padgett, M. Vasnetsov, V. Pas'ko, S. Barnett, S. Franke-Arnold//Optics Express. -2004. -Vol. 12, Issue 22. -P. 5448-5456. -
DOI: 10.1364/OPEX.12.005448
Bouchal, Z. Mixed vortex states of light as information carriers/Z. Bouchal, R. Celechovsky//New Journal of Physics. -2004. -Vol. 6. -131. -
DOI: 10.1088/1367-2630/6/1/131
Wang, J. Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing/J. Wang, J.-Y. Yang, I. M. Fazal, N. Ahmed, Y. Yan, H. Huang, Y. Ren, Y. Yue, S. Dolinar, M. Tur, A.E. Willner//Nature Photonics. -2012. -Vol. 6. -P. 488-496. -
DOI: 10.1038/nphoton.2012.138
Yan, Y. High-capacity millimetre-wave communications with orbital angular momentum multiplexing/Y. Yan, G. Xie, M.P.J. Lavery, H. Huang, N. Ahmed, Ch. Bao, Y. Ren, Y. Cao, L. Li, Z. Zhao, A.F. Molisch, M. Tur, M.J. Padgett, A.E. Willner//Nature Communications. -2014. -Vol. 5. -4876. -
DOI: 10.1038/ncomms5876
Tamburini, F. Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test/F. Tamburini, E. Mari, A. Sponselli, B. Thide, A. Bianchini, F. Romanato//New Journal of Physics. -2012. -Vol. 14. -033001. -
DOI: 10.1088/1367-2630/14/3/033001
Bouchal, Z. Selective excitation of vortex fibre modes using a spatial light modulator/Z. Bouchal, O. Haderka, R. Celechovský//New Journal of Physics. -2005. -Vol. 7, Issue 1. -125. -
DOI: 10.1088/1367-2630/7/1/125
Ung, B. Few-mode fiber with inverse-parabolic gradedindex profile for transmission of OAM-carrying modes/B. Ung, P. Vaity, L. Wang, Y. Messaddeq, L.A. Rusch, S. LaRochelle//Optics Express. -2014. -Vol. 22, Issue 15. -P. 18044-18055. -
DOI: 10.1364/OE.22.018044
Ramachandran, S. Generation and propagation of radially polarized beams in optical fibers/S. Ramachandran, P. Kristensen, M.F. Yan//Optics Letters. -2009. -Vol. 34, Issue 16. -P. 2525-2527. -
DOI: 10.1364/OL.34.002525
Karpeev, S.V. Experimental excitation and detection of angular harmonics in a step-index optical fiber/S.V. Karpeev, S.N. Khonina//Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). -2007. -Vol. 16(4). -P. 295-300. -
DOI: 10.3103/S1060992X07040133
Любопытов, В.С. Математическая модель детектирования параметров распространения мод в оптическом волокне при маломодовом режиме для адаптивной оптической компенсации смешения мод/В.С. Любопытов, А.З. Тлявлин, А.Х. Султанов, В.Х. Багманов, С.Н. Хонина, С.В. Карпеев, Н.Л. Казанский//Компьютерная оптика. -2013. -Т. 37, № 3. -С. 352-359.
Malik, M. Influence of atmospheric turbulence on optical communications using orbital angular momentum for encoding/M. Malik, M. O'Sullivan, B. Rodenburg, M. Mirhosseini, J. Leach, M.P.J. Lavery, M.J. Padgett, R.W. Boyd//Optics Express. -2012. -Vol. 20, Issue 12. -P. 13195-13200. -
DOI: 10.1364/OE.20.013195
Bozinovic, N. Terabit-scale orbital angular momentum mode division multiplexing in fibers/N. Bozinovic, Y. Yue, Y. Ren, M. Tur, P. Kristensen, H. Huang, A.E. Willner, S. Ramachandran//Science. -2013. -Vol. 340, Issue 6140. -P. 1545-1548. -
DOI: 10.1126/science.1237861
Bozinovic, N. Control of orbital angular momentum of light with optical fibers/N. Bozinovic, S. Golowich, P. Kristensen, S. Ramachandran//Optics Letters. -2012. -Vol. 37, Issue 13. -P. 2451-2453. -
DOI: 10.1364/OL.37.002451
Alexeyev, C.N. Are optical vortices robust in twisted fibres?/C.N. Alexeyev//Journal of Optics. -2012. -Vol. 14, Issue 8. -085702. -
DOI: 10.1088/2040-8978/14/8/085702
Barshak, E.V. Twisted anisotropic fibers for robust orbital-angular-momentum-based information transmission/E.V. Barshak, C.N. Alexeyev, B.P. Lapin, M.A. Yavorsky//Physical Review A. -2015. -Vol. 91, Issue 3. -033833. -
DOI: 10.1103/PhysRevA.91.033833
Alexeyev, C.N. Fiber optical vortices/C.N. Alexeyev, A.V. Volyar, M.A. Yavorsky. -In: Lasers, optics and electro-optics research trends/ed. by L.I. Chen. -New York: Nova Publishers, 2007. -Chapter 5. -P. 131-223.
Liberman, V.S. Spin-orbit interaction of a photon in an inhomogeneous medium/V.S. Liberman, Y.B. Zel'dovich,//Physical Review A. -1992. -Vol. 46, Issue 8. -P. 5199-5207. -
DOI: 10.1103/PhysRevA.46.5199
Снайдер, А. Теория оптических волноводов/А. Снайдер, Дж. Лав. -М.: Радио и связь, 1987. -656 с.
Alexeyev, C.N. Transformation of optical vortices in elliptical and anisotropic optical fibres/C.N. Alexeyev, A.V. Volyar, M.A. Yavorsky//Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. -2007. -Vol. 9, Issue 4. -P. 387-394. -
DOI: 10.1088/1464-4258/9/4/013
Alexeyev, C.N. Vortex-preserving weakly guiding anisotropic twisted fibres/C.N. Alexeyev, A.V. Volyar, M.A. Yavorsky//Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. -2004. -Vol. 6, Issue 5. -P. S162-S165. -
DOI: 10.1088/1464-4258/6/5/002
Alexeyev, C.N. Optical vortices and the higher order modes of twisted strongly elliptical optical fibres/C.N. Alexeyev, M.A. Yavorsky//Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. -2004. -Vol. 6, Issue 9. -P. 824-832. -
DOI: 10.1088/1464-4258/6/9/002
Barlow, A.J. Birefringence and polarization mode-dispersion in spun single-mode fibers/A.J. Barlow, J.J. Ramskov-Hansen, D.N. Payne//Applied Optics. -1981. -Vol. 20, Issue 17. -P. 2962-2968. -
DOI: 10.1364/AO.20.002962
Chen, X. Properties of polarization evolution in spun fibers/X. Chen, T.L. Hunt, M.-J. Li, D.A. Nolan//Optics Letters. -2003. -Vol. 28, Issue 21. -P. 2028-2030. -
Wang, M. Analytical theory for polarization mode dispersion of spun and twisted fiber/M. Wang, T. Li, S. Jian//Optics Express. -2003. -Vol. 11, Issue 19. -P. 2403-2410. -
DOI: 10.1364/OE.11.002403
Li, M.-J. Effects of residual stress on polarization mode dispersion of fibers made with different types of spinning/M.-J. Li, X. Chen, D.A. Nolan//Optics Letters. -2004. -Vol. 29, Issue 5. -P. 448-450. -
DOI: 10.1364/OL.29.000448
Fujii, Y. Polarization coupling in twisted elliptical optical fiber/Y. Fujii, K. Sano//Applied Optics. -1980. -Vol. 19, Issue 15. -P. 2602-2605. -
DOI: 10.1364/AO.19.002602
Воляр, А.В. Оптические вихри в маломодовых волокнах. II. Спин-орбитальное взаимодействие/А.В. Воляр, В.З. Жилайтис, В.Г. Шведов//Оптика и спектроскопия. -1999. -Т. 86, № 4. -С. 664-670.
Борн, М. Основы оптики/М. Борн, Э. Вольф. -М.: Наука, 1973. -720 с.
Fleming, J.W. Dispersion in GeO2-SiO2 glasses/J.W. Fleming//Applied Optics. -1984. -Vol. 23, Issue 24. -P. 4486-4493. -
DOI: 10.1364/AO.23.004486
Huynh, T.L. MECSE-10-2004 Dispersion in photonic systems. Part 1: Fibre design for dispersion compensation and raman amplification/T.L. Huynh, L.N. Binh//Technical Report MECSE. -2004. -94 p.

Еще

Статья научная