Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Разуков В. А., Мельников Л. А. Численное моделирование пространственно-временной динамики встречных волн в кольцевом нелинейном микрорезонаторе // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2020. Т. 20, вып. 1. С. 64-71. DOI: 10.18500/1817-3020-2020-20-1-64-71

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
02.03.2020
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 314)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Оптика и спектроскопия. Лазерная физика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.874:53.06:537.86.029
DOI: 
10.18500/1817-3020-2020-20-1-64-71

Численное моделирование пространственно-временной динамики встречных волн в кольцевом нелинейном микрорезонаторе

Авторы: 
Разуков Вадим Алексеевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Мельников Леонид Аркадьевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Аннотация: 

Проведено численное моделирование пространственно-временной динамики электромагнитного поля в нелинейном кольцевом двунаправленном волоконном резонаторе с помощью разностной схемы «Кабаре» второго порядка. Продемонстрировано и проанализировано образование различных последовательностей импульсов и оптических частотных гребенок. Данная работа является развитием предыдущих и отличается от них введением рэлеевского рассеяния на неоднородностях среды и появлением встречной волны.

Ключевые слова: 
волоконный резонатор
кольцевой микрорезонатор
дисперсия групповых скоростей
уравнения переноса
метод накачки
нелинейный резонанс
солитоны
оптические частотные гребенки
Список источников: 
  1. Hillerkuss D., Schmogrow R., Schellinger T., Jordan M., Winter M., Huber G., Vallaitis T., Bonk R., Kleinow P., Frey F., Roeger M., Koenig S., Ludwig A., Marculescu A., Li J., Hoh M., Dreschmann M., Meyer J., Ben Ezra S., Narkiss N., Nebendahl B., Parmigiani F., Petropoulos P., Resan B., Oehler A., Weingarten K., Ellermeyer T., Lutz J., Moeller M., Huebner M., Becker J., Koos C., Freude W., Leuthold J. 26 Tbit s−1 line-rate super-channel transmission utilizing all-optical fast Fourier transform processing // Nature Photonics. 2011. Vol. 5, iss. 6. P. 364–371. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2011.74
  2. Del’Haye P., Schliesser A., Arcizet O., Wilken T., Holzwarth R., Kippenberg T. J. Optical frequency comb generation from a monolithic microresonator // Nature. 2007. Vol. 450. P. 1214–1217. DOI: https://doi.org/10.1038/nature06401
  3. Levy J. S., Saha K., Okawachi Y., Foster M. A., Gaeta A. L., Lipson M. High-Performance Silicon-Nitride-Based Multiple-Wavelength Source // IEEE Photonics Technology Letters. 2012 Aug. 15. Vol. 24, № 16. P. 1375–1377. DOI: https://doi.org/10.1109/LPT.2012.2204245
  4. Herr T., Hartinger K., Riemensberger J., Wang C. Y., Gavartin E., Holzwarth R., Gorodetsky M. L., Kippenberg T. J. Universal formation dynamics and noise of Kerr-frequency combs in microresonators // Nature Photonics. 2012. Vol. 6, iss. 7. P. 480–487. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2012.127
  5. Pfeifl e J., Weimann C., Bach F., Riemensberger J., Hartinger K., Hillerkuss D., Jordan M., Holtzwarth R., Kippenberg T. J., Leuthold J., Freude W., Koos C. MicroresonatorBased Optical Frequency Combs for High-Bitrate WDM Data Transmission // Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2012). Paper OW1C.4.
  6. Wang P.-H., Ferdous F., Miao H., Wang J., Leaird D. E., Srinivasan K., Chen L., Aksyuk V., Weiner A. M. Observation of correlation between route to formation, coherence, noise, and communication performance of Kerr combs // Opt. Express. 2012. Vol. 20. P. 29284–29295.
  7. Pfeifl e J., Brasch V., Lauermann M., Yu Y., Wegner D., Herr T., Hartinger K., Schindler P., Li J., Hillerkuss D., Schmogrow R., Weimann C., Holzwarth R., Freude W., Leuthold J., Kippenberg T.J., Koos C. Coherent terabit communications with microresonator Kerr frequency combs // Nature Photonics. 2014. Vol. 8, iss. 5. P. 375–380. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2014.57
  8. Herr T., Brasch V., Jost J. D., Wang C. Y., Kondratiev N. M., Gorodetsky M. L., Kippenberg T. J. Temporal solitons in optical microresonators // Nature Photonics. 2014. Vol. 8, iss. 2. P. 145–152. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.343
  9. Miller D. A. B. Device Requirements for Optical Interconnects to Silicon Chips // Proceedings of the IEEE. 2009 July. Vol. 97, № 7. P. 1166–1185. DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2009.2014298
  10. Qian D., Huang M.-F., Ip E., Huang Y.-K., Shao Y., Hu J., Wang T. 101.7-Tb/s (370×294-Gb/s) PDM-128QAMOFDM Transmission over 3×55-km SSMF using Pilotbased Phase Noise Mitigation // Optical Fiber Communication Conference/National Fiber Optic Engineers Conference 2011, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2011). Paper PDPB5. DOI: https://doi.org/10.1364/OFC.2011.PDPB5
  11. Witzens J., Baehr-Jones T., Hochberg M. On-chip OPOs // Nature Photonics. 2010. Vol. 4, iss. 1. P. 10–12. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.243
  12. Hillerkuss D., Schmogrow R., Meyer M., Wolf S., Jordan M., Kleinow P., Lindenmann N., Schindler P.C., Melikyan A., Yang X., Ben-Ezra S., Nebendahl B., Dreschmann M., Meyer J., Parmigiani F., Petropoulos P., Resan B., Oehler A., Weingarten K., Altenhain L., Ellermeyer T., Moeller M., Huebner M., Becker J., Koos C., Freude W., Leuthold J. Single-laser 32.5 Tbit/s Nyquist WDM transmission // IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking. 2012 Oct. Vol. 4, № 10. P. 715–723. DOI: https://doi.org/10.1364/JOCN.4.000715
  13. Wu R., Supradeepa V. R., Long C. M., Leaird D. E., Weiner A. M. Generation of very fl at optical frequency combs from continuous-wave lasers using cascaded intensity and phase modulators driven by tailored radio frequency waveforms // Opt. Lett. 2010. Vol. 35. P. 3234–3236. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.35.003234
  14. Chembo Y. K. K., Yu N. Modal expansion approach to optical-frequency-comb generation with monolithic whispering gallery-mode resonators // Phys. Rev. A. 2010. Vol. 82. 33801. 
  15. Maleki L., Ilchenko V. S., Savchenkov A. A., Liang W., Seidel D., Matsko A. B. High performance, miniature hyper-parametric microwave photonic oscillator // 2010 IEEE International Frequency Control Symposium (FCS). IEEE Xplore, 2010. P. 558–563.
  16. Matsko A. B., Savchenkov A.A., Liang W., Ilchenko V. S., Seidel D., Maleki L. Mode-locked Kerr frequency combs // Opt. Lett. 2011. Vol. 36. P. 2845–2847.
  17. Chembo Y. K., Menyuk C. R. Spatiotemporal Lugiato-efever formalism for Kerr-comb generation in whispering gallery-mode resonators // Phys. Rev. A. 2013. Vol. 87. 053852.
  18. Rosales R., Merghem K., Martinez A., Akrout A., Tourrenc J.-P., Accard A., Lelarge F., Ramdane A. InAs/InP Quantum-Dot Passively Mode-Locked Lasers for 1.55-μ m Applications // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2011 Sept.–Oct. Vol. 17, № 5. P. 1292–1301. DOI: https://doi.org/10.1109/JSTQE.2011.2116772
  19. Herr T., Brasch V., Jost J. D., Wang C. Y., Kondratiev N. M., Gorodetsky M. L., Kippenberg T. J. Supplementary information to Temporal solitons in optical microresonators // Nature Photonics. 2014. Vol. 8, iss. 2. P. 145–152. DOI: https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.343
  20. Городецкий М. Л. Оптические микрорезонаторы с гигантской добротностью. М. : ФИЗМАТЛИТ, 2011. 416 с.
  21. Razukov V. A., Melnikov L. A. Short pulse dynamics in a linear cavity fi ber laser // Proceedings SPIE. Saratov Fall Meeting 2015 : Third International Symposium on Optics and Biophotonics and Seventh Finnish-Russian Photonics and Laser Symposium (PALS). 2016. Vol. 9917. P. 788–792. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2229745
  22. Razukov V. A., Melnikov L. A., Mazhirina Yu. A., Sukhanov S. V. Numerical modeling of space-temporal dynamics in fi ber lasers // J. Appl. Spectr. 2016. Vol. 83, № 6–16. P. 344–345.
  23. Мельников Л. А., Мажирина Ю. А. Динамика и неустойчивости в длинных волоконных ВКР-лазерах с линейным и кольцевым резонаторами // Квант. электроника. 2017. Т. 47, вып. 12. С. 1083–1090.
  24. Agraval G. P. Nonlinear Fiber Optics. Academic Press, 2007. 529 p.
  25. Мажирина Ю. А., Мельников Л. А., Турицын С. К., Чуркин Д. В., Тарасов Н. С. Нелинейная динамика длинного беззеркального волоконного ВКР-лазера // Известия вузов. ПНД. 2014. Т. 22, № 5. С. 73–82.
  26. Головизнин В. М., Самарский А. А. Разностная аппроксимация конвективного переноса с пространственным расщеплением временной производной // Матем. моделирование. 1998. Т. 10, № 1. С. 86–100.
Поступила в редакцию: 
28.11.2019
Принята к публикации: 
27.12.2019
Опубликована: 
02.03.2020
  • 1449 просмотров