CC BY
0Ш ▲ SIEEEiE* лазерная физика и волоконная оптика
Моделирование поляризационно-зависимого усиления в германо- и фосфоросиликатных висмутовых световодах
Елопов А.В.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова, Москва
Е-mail: elopov@fo.gpi.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-20-22
Висмутовые волоконные усилители (ВВУ) привлекают большое внимание на протяжении последних десятилетий в связи с широким диапазоном длин волн (1,2-1,7 мкм), в котором они могут усиливать сигнал [1]. Однако, несмотря на появления серийных коммерческих ВВУ, ряд свойств остаётся изученным не до конца. Одним из них является поляризационно-зависимое усиление (ПЗУ), которое может влиять на характеристики лазерных устройств и работу волоконных линий связи [2]. Данный эффект достаточно изучен в эрбиевых волоконных усилителях (ЭВУ). Последние исследования показали, что ПЗУ проявляется более явно в ВВУ, чем в ЭВУ, в силу большего параметра анизотропии у висмутовых активных центров (ВАЦ), чем у ионов эрбия [3]. Для ПЗУ характерно различие в коэффициенте усиления для сигнала, плоскость поляризации которого параллельна и перпендикулярна поляризации накачки.
В рамках данной работы с целью лучшего прогнозирования поляризационных свойств усилителей проводено моделирование ПЗУ на основе общепринятой модели [4] с сиспользованием таких характеристик ВАЦ, как параметр анизотропии [3], сечение поглощения и эмиссии [5, 6]. Базовые предпосылки данной модели следующие:
i) сечения поглощения и эмиссии анизотропны и представимы в виде поверхности эллипса, характеризуемой параметром анизотропии;
ii) все ВАЦ разбиваются на подгруппы, относительно плоскостей поляризации накачки и сигнала;
iii) проводится расчёт вклада каждой подгруппы в поглощение и усиление;
ШКОЛА-ИОНОСРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
22-24 октября 2024 г.
¡у) выполняется решение уравнений распространения для накачки, сигнала и усиленной спонтанной эмиссии для обоих компонент поляризации [4].
В рамках данной работы были рассчитаны зависимости доли возбужденных ВАЦ разных подгрупп в зависимости от углов между основной осью эллипса, характеризующего сечения, и плоскостью поляризации накачки и сигнала (рис. 1 а).
Рис. 1. а) Зависимость доли возбужденных ВАЦ от ориентации подгруппы. б) Разность коэффициентов усиления для ВВУ на базе германосиликатного (чёрный) и фосоросиликатного световода (красный) в зависимости от мощности накачки в спектральном пике усиления: экспериментальная (символы) и смоделированные (пунктирные линии) зависимости.
Для проверки правильности работы модели были промоделированы два ВВУ с поддержкой поляризации на основе германосиликатных и фосфоросиликатных волокон.
Германосиликатный усилитель был собран с встречной накачкой и длиной активного волокна 52 м. В то время как фосфоросиликатный усилитель был сконструирован с двухсторонней накачкой и длиной активного волокна 115 м. На основе решений уравнений распространения [4] были получены расчётные зависимости разности коэффициентов усиления от мощности накачки, которые хорошо согласуются с экспериментальными (рис. 1 б).
Данная работа позволит моделировать поляризационные свойства ВВУ и обеспечит лучшее прогнозирование работы устройств.
1. Dianov E.M J. Light. Technol. 2013, 31, 681-688.
2. Lichtmann E. Electron. Lett. 1993, 29, 1969-1971.
_ л SSSBESBXS ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА
-ПРОКОГОвСКИЕ НЕДЕЛИ-
3. Elopov A.V., Riumkin K.E., Afanasiev F.V. et al., Photonics. 2023, 10, 860.
4. Wysocki P., Mazurczyk V. J. Light. Technol. 1996, 14, 572-584.
5. Alyshev S., Vakhrushev A., Khegai A., et al., Photonics Res. 2024, 12, 260-270.
6. Khegai A., Firstov S., Riumkin K., et al., Opt. Express. 2020, 28, 29335-29344.
