Стокс-антистоксовое ВКР усиление сигналов в кварцевом волокне научный руководитель: к. ф.-м. н. В. Г. Беспалов Н. С. Макаров, гр. 538

План Основная цель Принцип фазового квазисинхронизма Системы уравнений ВКР Свойства фазового квазисинхронизма Результаты численного моделирования Выводы Список литературы 2

EDFA-усиление 3 - Необходимо обеспечивать усиление с погрешностью не более 5 дБ во всей спектральной полосе усилителя.

ВКР-усиление в кварцевом волокне 4 - При pump =1480 нм, за счет широкой полосы ВКР- усиления stokes = нм.

Для создания нового окна усиления в районе 1310 нм мы предлагаем использовать одновременное стоксовое и антистоксовое ВКР-усиление в условии фазового квазисинхронизма Совместное EDFA и стоксовое ВКР-усиление 5 - Сглаживание кривой усиления возможно при совместном использовании EDFA и ВКР- усиления на стоксовой частоте.

6 Принцип фазового квазисинхронизма ВКР-активная среда Нелинейность (2) Нелинейность (3)

- Обобщенная фаза =2 p - a - s -(k a +k s -2k p )r, где k i – волновые векторы взаимодействующих волн, описывающая направление перекачки энергии накачка – Стокс – анти-Стокс, на входе в пассивные слои ( 0, 2 ) и на выходе из них ( 1, 3 ) практически не изменяется, что в конечном итоге приводит к реализации фазового квазисинхронизма. (3) 0 (3) =0 7 Принцип фазового квазисинхронизма ВКР

Система уравнений для стационарного ВКР В системе волновая расстройка и коэффициент стационарного ВКР-усиления являются функциями от координаты для активных ( (3) 0) и пассивных ( (3) =0) слоев. 8 – волновая расстройка, g – коэффициент стационарного ВКР- усиления, i – частоты взаимодействующих волн, T 2 – время дефазировки молекулярных колебаний, q – фононная волна, A j – комплексные амплитуды волн.

9 Оптимальные входные интенсивности волн - Существует оптимальное соотношение входных интенсивностей волн Стокса и накачки. - Эта зависимость может быть аппроксимирована формулой I s /I p,opt =0,1359g -2,6146.

- Эффективность преобразования при фазовом квазисинхронизме ниже, чем при фазовом синхронизме и выше, чем при простой фокусировке в активную среду. 10 Сравнение эффективностей преобразований Водород = 3.84 рад/см g = 3.0 см/ГВт 1 - фазовый квазисинхронизм 2 - отсутствие (квази)синхронизма 3 - фазовый синхронизм.

11 Критические интенсивности волны накачки - Существует критическое значение интенсивности волны накачки. - Эта зависимость может быть аппроксимирована формулой I cr.p =0.4Δ/g.

ВКР в кварцевом волокне 12 - Для усиления в обоих окнах можно использовать одновременное усиление стоксового и антистоксового излучения при условии фазового квазисинхронизма. - Структура является квазипериодической.

Одновременное стоксовое и антистоксовое усиление 13 - Усиление на стоксовой и антистоксовой частотах дает пики усиления на длинах волн 1389 и 1583 нм.

Аналитическая модель фазового квазисинхронизма при ВКР 14

Аналитическая модель фазового квазисинхронизма при ВКР 15 Ускорение вычислений при сохранении их точности составляет ~120 раз

Учет затухания волн в кварцевом волокне область затухания, 2 - область усиления - При коэффициенте затухания ~0.3 дБ/км (характерная величина для сегодняшних оптических волокон) усиление достигается практически во всей среде.

Выводы Стокс-антистоксовое ВКР-усиление позволяет сгладить кривую усиления EDFA и создать новое окно усиления в районе 1310 нм, особенно при использовании накачки на нескольких длинах волн. При фиксированном отношении входных интенсивностей стоксовой и антистоксовой волн длины слоев не зависят от входных интенсивностей волн. Сформулирована новая аналитическая модель вынужденного комбинационного рассеяния в условии фазового квазисинхронизма в оптических волокнах. Получены рекуррентные соотношения для определения оптимальных длин активных и пассивных слоев и амплитуд взаимодействующих волн. Численное моделирование показало существенное увеличение скорости расчетов по сравнению с ранее применявшимся подходом при сохранении точности. Результаты проведенного исследования могут быть использованы для создания новых эффективных оптических волоконных усилителей. 17

Список литературы G. Randy, L. I. Tingyc, "Optical amplifiers transform long distance lightvoice telecommunications", Proc. IEEE, 84, pp , P. Urquhart, "Review of rare-earth-doped fiber lasers amplifiers", IEE Proc, 6, , M. H. Ahmed, M. Shalaby, F. M. Misk, "Combined erbium and Raman amplification at 1.55 m in submarine links using backward pumping at 1.48 m", Pure Appl. Opt., 7, , V. G. Bespalov, N. S. Makarov, "Quasi-phase matching anti-Stokes SRS generation", Proc. SPIE, vol. 4268, 2001, pp J. J. Ottusch, M. S. Mangir, D. A. Rockwell, "Efficient anti-Stokes Raman conversion by four-wave mixing in gases", J. Opt. Soc. Am., 8, pp ,