Синтез профиля показателя преломления волоконного световода с учетом керровской нелинейности
Автор: Бурдин В.А., Бурдин А.В.
Журнал: Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статья в выпуске: 3 т.21, 2018 года.
Бесплатный доступ
В предлагаемой работе исследуются возможности уменьшения искажений мощных фемтосекундных импульсов при передаче по волоконному световоду за счет выбора его профиля показателя преломления с учетом изменений профиля из-за кубической нелинейности материала световода. Представлены приближенные аналитические выражения для расчета дисперсионных характеристик волоконного световода с произвольным профилем показателя преломления, позволяющие учитывать изменения профиля за счет керровской нелинейности. Предложена методика синтеза профиля, оптимизируемого для передачи оптических импульсов с заданными параметрами. Представлен пример синтезированного профиля. Приведены результаты моделирования распространения оптических импульсов по ступенчатому волоконному световоду и световоду с синтезированным профилем.
Волоконный световод, оптическое волокно, профиль показателя преломления, керровская нелинейность, хроматическая дисперсия, наклон дисперсионной характеристики
Короткий адрес: https://sciup.org/140256057
IDR: 140256057
Synthesis of the refractive index profile of the optical fiber with the account of Kerr nonlinearity
In the present paper, we investigate the possibilities of reducing the distortions of propagated in optical fibers high-power femtosecond pulses due to the choice of its refractive index profile, taking into account the profile changes due to the cubic nonlinearity of the material of lightguide. Approximate analytical expressions are presented for calculating the dispersion characteristics of an optical fiber with an arbitrary profile of the refractive index. This analytical exspressios take into account the profile changes due to the Kerr nonlinearity. A technique for synthesizing a profile optimized for transmission of optical pulses with given parameters is proposed. An example of a synthesized profile is presented. The results of simulation the propagation of optical pulses in the step-index optical fiber and in the fiber with a synthesized profile are presented.
Список литературы Синтез профиля показателя преломления волоконного световода с учетом керровской нелинейности
- 2.6 mJ energy and 81 GW peak power femtosecond laser pulse delivery and spectral broadening in inhibited coupling Kagome fiber / B. Debord [et al.] // Conference on Lasers and Electro-Optics. 2015. P. STh4L.7.
- Barkauskas M., Butkus V., Butkus S. Femtosecond lasers enable quality microfabrication // Industrial Laser Solutions. 2017. № 3 P. 25-27.
- Sugioka K., Cheng Y. Ultrafast lasers-reliable tools for advanced materials processing // Light: Science & Applications. 2014. № 3. P. e149.
- Ultrafast laser processing of materials: from science to industry / M. Malinauskas [et al.] // Light: Science & Applications. 2016. № 5. P. e16133.
- Three-dimensional femtosecond laser processing for lab-on-a-chip applications / F. Sima // Nanophotonics. 2018. V. 7. № 3. P. 613-634.
- Модификация кварцевого стекла лазерными импульсами фемтосекундной длительности / В.В. Кононенко [и др.] // Компьютерная оптика. 2009. Т. 33. № 3. С. 254-260.
- Modification thresholds in femtosecond laser processing of pure silica: review of dependencies on laser parameters / B. Poumellec [et al.] // Optical materials express. 2011. V. 1. № 4. P. 766-782.
- Dependence of the femtosecond laser refractive index change thresholds on the chemical composition of doped-silica glasses / M. Lancry [et al.] // Optical Materials Express. 2011. V. 1. № 4. P. 711-723.
- Laser-Induced Damage in Optical Materials / ed. by D. Ristau. CRC Press, 2014. 551 p.
- Okamoto K., Marcatili E.A.J. Chromatic dispersion characteristics of fibers with optical Kerr-effect nonlinearity // Journal of Lightwave Technology. 1989. V. 1. № 12. P. 1988-1994.
- Решение для фундаментальной моды ступенчатого оптического волоконного волновода с керровской нелинейностью / В.А. Андреев [и др.] // Инфокоммуникационные технологии. 2017. Т. 15. № 4. С. 313-319.
- Бурдин В.А., Бурдин А.В., Кубанов В.П. Исследование дисперсионных характеристик фундаментальной моды ступенчатого оптического волокна с керровской нелинейностью // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2017. Т. 20. № 3/2. С. 47-51.
- Agrawal G.P. Application of Nonlinear Fiber Optics. Academic Press, 2008. 528 p.
- Бурдин В.А., Бурдин А.В., Дмитриев Е.В. Необходимые условия нелинейного возбуждения моды высшего порядка в одномодовом оптическом волокне // Оптика и спектроскопия. 2017. Т. 123. № 2. С. 181-188.
- Burdin V., Bourdine A. Dynamics of nonlinear excitation of the high-order mode in a single-mode step-index optical fiber // Journal of Physics: Conference Series. 2018. V. 999. № 1. P. 012015.
- Alves E.O., Cardoso W.B., Avelar A.T. Modulation instability in high-order coupled nonlinear Schrodinger equations with saturable nonlinearities // Journal of the Optical Society of America B. 2016. V. 33. № 6. P. 1134-1142.
- Ramachandran S. Fiber Based Dispersion Compensation. N.-Y.: Springer-Verlag, 2007. 556 p.
- Kivshar Y.S., Agrawal G.P. Optical Soliton. From Fibers to Photonic Crystals. London: Academic press, 2003. 540 p.
- Ilday F.O., Frank W. Nonlinearity management: a route to high-energy soliton fiber lasers // Journal of the Optical Society of America B. 2002. V. 19. № 3. P. 470-476.
- Optical fiber link for transmission of 1-nJ femtosecond laser pulses at 1550 nm / F. Eichhorn [et al.] // Optics Express. 2010. V. 18. № 7. P. 6978-6987.
- Burdin V.A., Bourdine A.V. Dispersion characteristics of step index single mode optical fiber with Kerr nonlinearity // SPIE Proceedings. 2017. V. 10342. P. 10342-0N.
- Снайдер А., Лав Дж. Теория диэлектрических волноводов. М.: Радио и связь, 1987. 656 с.
- Spectral characteristics of step index single mode optical fiber with Kerr nonlinearity / V.A. Burdin [et al.] // Proceedings of SPIE. 2018. V. 10774. P. 107740L.
- Бурдин В.А., Бурдин А.В. Решение для произвольной направляемой моды круглого оптического волокна на основе метода приближения Гаусса // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2011. Т. 14. № 2. С. 65-72.
- Arnold J.M. Stratification method in the numerical analysis of optical waveguide transmission parameters // Electronics Letters. 1977. V. 13. № 22. P. 660-661.
- Бурдин В.А. Основы моделирования кусочно-регулярных волоконно-оптических линий передачи сетей связи. М.: Радио и связь, 2002. 312 с.
- Абрамовиц М., Стиган И. Справочник по специальным функциям. М.: Наука, 1979. 830 с.
- Градштейн И., Рыжик И. Таблицы интегралов. М.: Физматгиз, 1962. 1100 с.
- Okamoto K. Fundamentals of Optical Waveguides. San Diego: Academic Press, 2000. 430 p.
- Nelder J.A., Mead R. A simplex method for function minimization // Computer Journal. 1965. V. 7. № 4. P. 308-313.
- Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. М.: Радио и связь, 1988. 128 с.
- Приближенные аналитические решения LPlm мод для частных примеров профиля показателя преломления оптического волокна / А.В. Бурдин [и др.] // Инфокоммуникационные технологии. 2011. Т. 9. № 1. С. 25-33.
- Бурдин А.В., Бурдин В.А., Яблочкин К.А. Восстановление эквивалентного профиля показателя преломления оптического волокна по диаграмме дифференциальной модовой задержки // Инфокоммуникационные технологии. 2011. Т. 9. № 3. С. 28-33.
- Koshiba M., Maruyamaand S., Hirayama K. A vector finite element method with the high-order mixed interpolation-type triangular elements for optical waveguiding problems // Lightwave Technology. 1994. V. 12. № 3. P. 495-502.
- Алгоритм расчета хроматической дисперсии одномодовых ОВ на основе метода смешанных конечных элементов / В.А. Бурдин [и др.] // Инфокоммуникационные технологии. 2009. Т. 7. № 2. С. 13-16.
- Агравал Г. Применение нелинейной волоконной оптики. СПб.: Лань, 2011. 592 с.
- A reliable split-step Fourier method for the propagation equation of ultrafast pulses in single-mode optical fibers / R. Deiterding [et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2013. V. 31. № 12. P. 2008-2017.
- Burdin V.A. Algorithm for estimation of material dispersion of fused silica glass optical fibers // SPIE Proceedings. 2015. V. 9533. P. 95330J.
