CC BY
8ВКВО-2023- СТЕНДОВЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЯЗАННЫХ СОЛИТОНОВ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ В ЭРБИЕВЫХ ВОЛОКОННОМ ЛАЗЕРЕ, В СТАНДАРТНОМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОМ ВОЛОКНЕ SMF-28
1 2* 11 1 Исмаил А. ' , Орехов И.О. , СазонкинС.Г. , Дворецкий Д.А. ,
Карасик В.Е. 1, Денисов Л.К. 1
1 Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана, г. Москва 2 Московский физико-технический институт. МФТИ, г. Москва * E-mail: almikdad12@gmail.com DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-425-426
Группы связанных солитонов (ГСС), один из последних открытых режимов генерации ультракоротких импульсов (УКИ). Режим представляет собой результат распада одного мощного импульса, на несколько когерентно-связанных солитонов, в соответствии с правилом квантования энергии[1]. На сегодняшний день основными областями применения ГСС считаются солитонные линии связи, с алфавитом основанном на произвольном количестве импульсов N[2], [3], а также хранение и буферизации цифровой информации в виде адресуемых последовательностей импульсов [4]. Однако, получение связанного состояния с числом импульсов более 3-х до сих пор является сложной практической задачей. В связи с этим, не освещенным остается вопрос распространения большого пакета связанных импульсов в среде с аномальной дисперсией, что является обязательным критерием для указанных применений.
В работе исследуется распространение групп связанных солитонов (ГСС), генерируемых в эрбиевых волоконном лазере с выскоконелинейным резонатором на основе нелинейной эволюции поляризации (НЭП). Количество импульсов в группе составляло 23 солитона. Трасса для исследования эволюции ГСС была представлена стандартным телекоммуникационным волокном SMF-28 с аномальной дисперсией.
Экспериментальная установка эрбиевого кольцевого лазера с высоконелинейным резонатором подробно описана в публикации [5]. Пороговая мощность накачки, необходимая для получения группы связанных импульсов составила 300 мВт при общей внутрирезонаторной дисперсии ~0,02 пс2. При этом, использование волокна с высокой нелинейностью и оптимальная настройка положения контролеров поляризации КП позволило получить стабильный режим связанных солитонов с N = 23.
Для исследования эволюции группы связанных солитонов в среде с аномальной дисперсией. На рис. 1(а) показана эволюция спектров при изменении длины световода SMF-28 от выхода лазера на 2 м, 7 м и 12 м соответственно. Автокорреляционные функции интенсивности ГСС в зависимости от длины выходного волокна, показаны на рис. 1(б). Стоит отметить, что при увеличении длины трассы, наблюдалось возникновение и быстрый рост пьедестала. На рис. 2(a) показана экспериментально определенная эволюция ширины центрального импульса в зависимости от длины выходного световода. Как видно из экспериментальных данных, при распространении на каждые 5 м (±5 см) длительность центрального импульса увеличилась на ~ 300 фс.
15511 1560 157(1 15X11
Длина волны, им
-51) (I 5(1 100 Задержка, не
(а)
(б)
Рис. 1. (а) Зависимость выходных спектров от длины выходного волокна. (б) Зависимость автокорреляции интенсивности от длины выходного волокна
Для более полного представления процессов, происходящих в эксперименте было также проведено численное моделирование. Распространение ГСС в оптическом волокне моделировалось с
ВКВ0-202 3 СТЕНДОВЫЕ
помощью обобщенного нелинейного уравнения Шредингера с помощью метода Фурье с расщеплением по физическим параметрам (SSFM). В соответствии с экспериментом, в качестве входного сигнала, мы использовали группу из 23 импульсов с длительностью 0,25 пс и c межимпульсным интервалом 3,15 пс. Энергия каждого импульса установленная, в соответствии со средней мощностью 30 мВт и частотой повторения группы 11,3 МГц, составила 0,11 нДж. В результате моделирования было получено увеличение длительности центрального импульсов до ~ 6 раз при распространении в 16 метрах волокна (см. рис.2(б)).
1.0 LBW х = 2 м
ti LBK х = 5 м
I 0.8 LBK х = 10 м
н 0.6
о с №
Я 0.4 8 № S
Ё 0.2- ^^
-0.5 0.0 0.5 1.0 Задержка, пс
1,6
1,2
0,8
0,4
0,0
(а)
Длина волокна ВП,5
----§
-L=0 £ 1,0
-L=8 «0,5
-L=12 £0,0
_ Й
8 12 16 волокна, м
-0,5 0,0 0,5 1,0 Задержка, пс
(б)
Рис. 2. Экспериментальная (а) и численная (б) эволюция центрального импульса при распространении в
трассе с аномальной дисперсией
0.0
1.5
При этом, из-за увеличения длительности импульсов их боковые поверхности начинают интерферировать, что приводит к появлению дополнительного субимпульса. Появление субимпульсов при увеличении трассы с аномальной дисперсией вызывает лавинный эффект, приводящий к распаду части импульсов, как видно из рисунка 3.
Таким образом, в работе показано, увеличение длительности импульсов ГСС на ~70 фс/м2 при распространении в области аномальной дисперсии, что подтверждается, как экспериментальными исследованиями, так и результатами численного моделирования.
16 14 S 12
3 io
о
га о. н га х
5 С СЗ
-90 -60 -30 0 30 60 90 Задержка, пс
Рис. 3. Численная модель эволюции группы 23 связанных солитонов в 16 м волокне SMF-28
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-19-00700.
Литература
1. D.Y.Tang et al., 'Mechanism of multisoliton formation and soliton energy quantization in passively mode-locked fiber lasers', Phys Rev A, vol. 72, no. 4, Oct. 2005
2. F.Mitschke, A.Hause and C.Mahnke, 'Soliton molecules for advanced optical telecommunications', European Physical Journal: Special Topics, vol. 225, no. 13-14. Springer Verlag, pp. 2453-2464, Nov. 01, 2016
3. L.Li et al., 'Various soliton molecules in fiber systems', Appl Opt, vol. 58, no. 10, p. 2745, Apr. 2019
4. M.Pang, W.He, X.Jiang and P.S.J.Russell, 'All-optical bit storage in a fibre laser by optomechanically bound states of solitons', Nat Photonics, vol. 10, no. 7, pp. 454-458, Jun. 2016
5. D.A.Dvoretskiy et al., 'Multibound Soliton Formation in an Erbium-Doped Ring Laser with a Highly Nonlinear Resonator', IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 1, 2020
