Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

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


Для цитирования:

Конюхов А. И., Мельников Л. А. Фазочувствительное усиление оптического сигнала в боковых полосах модуляционной неустойчивости при одночастотной накачке // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2023. Т. 23, вып. 2. С. 112-119. DOI: 10.18500/1817-3020-2023-23-2-112-119, EDN: RGNNHF

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.06.2023
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 89)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
535.2:621.391
EDN: 
RGNNHF

Фазочувствительное усиление оптического сигнала в боковых полосах модуляционной неустойчивости при одночастотной накачке

Авторы: 
Конюхов Андрей Иванович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Мельников Леонид Аркадьевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Аннотация: 

Модуляционная неустойчивость является распространенным явлением в физике нелинейных волн. Данный эффект проявляется в виде экспоненциального роста малых гармонических возмущений вокруг несущей частоты волнового пакета. Для возникновения модуляционной неустойчивости необходимо наличие кубической нелинейности и аномальной дисперсии групповой скорости. В оптических волокнах с периодическим изменением дисперсии модуляционная неустойчивость может возникать как в режиме аномальной, так и нормальной дисперсии. В статье рассмотрен процесс модуляционной неустойчивости при взаимодействии сигнальной волны, холостой волны и мощной волны накачки. Модуляция дисперсии приводит к возникновению резонансных полос усиления. Их положение определяется периодом модуляции дисперсии. На основе численного решения укороченных волновых уравнений авторами статьи показано, что фазочувствительное усиление может наблюдаться в боковых полосах модуляционной неустойчивости. Параметрический коэффициент усиления зависит как от фаз взаимодействующих волн, так и от фазы модуляции дисперсии. В зависимости от соотношения между фазами реализуется либо режим усиления, либо режим ослабления сигнальной волны. Такой эффект позволяет управлять положением частотных полос ослабления сигнала в пределах одной полосы модуляционной неустойчивости. Показано, что использование оптических волокон со сложным профилем модуляции дисперсии позволяет формировать широкую полосу усиления. В качестве примера рассмотрено волокно с модуляцией диаметра, определяемой суперпозицией трех синусоид с различной амплитудой, фазой и периодом модуляции. Показано, что в пределах одной полосы усиления возможно возникновение нескольких узких полос ослабления сигнала. Положение полос ослабления сигнала определяется фазами взаимодействующих волн.

Благодарности: 
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-12-00396, https://rscf.ru/project/22-12-00396/). Авторы благодарны Ю. Г. Конюховой за помощь в подготовке публикации.
Список источников: 
  1. Huang J. Parametric amplifiers in optical communication systems: From fundamentals to applications // Optical amplifiers – a few different dimensions / ed. P. K. Choudhury. Rijeka : Intech Open, 2018. P. 39–65. https://doi.org/10.5772/intechopen.73696
  2. Tong Z., Lundstrom C., Andrekson P. A., Karlsson M., Bogris A. Ultralow noise, broadband phase-sensitive optical amplifiers, and their applications // IEEE J. of Selec. Top. in Quant. Electron. 2012. Vol. 18, iss. 2. P. 1016–1032. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2011.2136330
  3. Lundstrom C., Corcoran B., Karlsson M., Andrekson P. A. Phase and amplitude characteristics of a phase-sensitive amplifier operating in gain saturation // Opt. Express. 2012. Vol. 20, iss. 19. P. 21400–21412. https://doi.org/10.1364/OE.20.021400
  4. Takanashi N., Inoue A., Kashiwazaki T., Kazama T., Enbutsu K., Kasahara R., Umeki T., Furusawa A. All-optical phase-sensitive detection for ultra-fast quantum computation // Opt. Express. 2020. Vol. 28, iss. 23. P. 34916–34926. https://doi.org/10.1364/OE.405832
  5. Marhic M. E., Andrekson P. A., Petropoulos P., Radic S., Peucheret C., Jazayerifar M. Fiber optical parametric amplifiers in optical communication systems // Laser & Photonics Reviews. 2014. Vol. 9. P. 50–74. https://doi.org/10.1002/lpor.201400087
  6. McKinstrie C. J., Radic S. Phase-sensitive amplification in a fiber // Opt. Express. 2004. Vol. 12, iss. 20. P. 4973–4979. https://doi.org/10.1364/OPEX.12.004973
  7. Agrawal G. P. Nonlinear fiber optics. 5th ed. Oxford : Academic Press, 2013. 648 p.
  8. Smith N. J., Doran N. J. Modulational instabilities in fibers with periodic dispersion management // Opt. Lett. 1996. Vol. 21, iss. 8. P. 570–572. https://doi.org/10.1364/OL.21.000570
  9. Droques M., Kudlinski A., Bouwmans G., Martinelli G., Mussot A. Dynamics of the modulation instability spectrum in optical fibers with oscillating dispersion // Phys. Rev. A. 2013. Vol. 87, iss. 1. P. 013813-7. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.87.013813
  10. Feng F., Sysoliatin A., Chembo Y. K., Fatome J., Wabnitz S., Finot C. Wavelength conversion and temporal compression of pulse train using dispersion oscillating fibre // Electronics Letters. 2014. Vol. 50, iss. 10. P. 768–770. https://doi.org/10.1049/el.2014.0627
  11. Mussot A., Conforti M., Trillo S., Copie F., Kudlinski A. Modulation instability in dispersion oscillating fibers // Adv. Opt. Photon. 2018. Vol. 10, iss. 1. P. 1–42. https://doi.org/10.1364/AOP.10.000001
  12. Finot C., Fatome J., Sysoliatin A., Kosolapov A., Wabnitz S. Competing four-wave mixing processes in dispersion oscillating telecom fiber // Opt. Lett. 2013. Vol. 38, iss. 24. P. 5361–5364. https://doi.org/10.1364/OL.38.005361
  13. Cappellini G., Trillo S. Third-order three-wave mixing in single-mode fibers: Exact solutions and spatial instability effects // J. Opt. Soc. Am. B. 1991. Vol. 8, iss. 4. P. 824–838. https://doi.org/10.1364/JOSAB.8.000824
  14. Sysoliatin A. A., Gochelashvili K. S., Konyukhov A. I., Melnikov L. A., Stasyuk V. A. All-optical fiber soliton processing using dispersion oscillating fiber // Laser Phys. Lett. 2020. Vol. 17. Article number 065105. P. 1–9. https://doi.org/10.1088/1612-202X/ab8472
  15. Sysoliatin A., Senatorov A., Konyukhov A., Melnikov L., Stasyuk V. Soliton fission management by dispersion oscillating fiber // Opt. Express. 2008. Vol. 15, iss. 25. P. 16302–16307. https://doi.org/10.1364/OE.15.016302
  16. Fourcade-Dutin C., Bassery Q., Bigourd D., Bendahmane A., Kudlinski A., Douay M., Mussot A. 12 THz flat gain fiber optical parametric amplifiers with dispersion varying fibers // Opt. Express. 2015. Vol. 23, iss. 8. P. 10103–10110. https://doi.org/10.1364/OE.23.010103
Поступила в редакцию: 
23.12.2022
Принята к публикации: 
15.01.2023
Опубликована: 
30.06.2023