Применение нелинейных световодов для сверхбыстрой оптической обработки сигналов

• Автор: Кравцов, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Принстон (США)
• Количество страниц: 141 с. : ил.

© Copyright Константин Кравцов, 2009. Все Права Защищены
д1
Аннотация
В настоящей диссертации мы рассматриваем различные аспекты оптической обработки сигналов, достижимые при использовании нелинейных световодов. В частности, мы изучаем различные применения новых высокогерманатных световодов, которые зарекомендовали себя как более эффективные, чем другие типы нелинейных световодов из-за их высокой нелинейности и пригодности к использованию в нелинейных оптических петлевых зеркалах (nonlinear optical loop mirror, NOLM). Используя конфигурацию NOLM с высокогерманатными световодами, мы продемонстрировали различные функции обработки сигналов такие как оптическое переключение, пороговый элемент и преобразование длины волны. Эти основные функции были затем использованы для реализации временных демультиплексоров, восстановления синхронизации, детекторов ультракоротких импульсов и скрытой 'передачи данных, а также элементов для аналоговых оптических вычислительных машин.
Еще одна важная технология, которая заметно может быть улучшена использованием обработки сигналов с помощью нелинейных световодов, это оптический множественный доступ с кодовым разделением (CDMA, code-division multiple access). Как показывают и теория и эксперимент, использование оптических пороговых элементов — это уникальный способ улучшения методов детектирования для оптического CDMA. Это также способ реализации полностью асинхронных оптических сетей с расширенным спектром, которые позволяют использовать весь потенциал оптической технологии CDMA.
Некоторые аспекты квантовой обработки сигналов и манипуляции квантовыми состояниями также исследованы в настоящей работе. Было показано, что распространение и столкновения солитонов модели Тирринга приводят к значительному сжатию квантовых состояний, что может найти применения для генерации сжатого света.

Благодарности
Настоящая диссертация — результат моей работы в Принстонском университете. За этот интересный и продуктивный отрезок времени я обязан многим людям окружавшим и поддерживавшим меня в течение моей жизни в Принстоне.
Я хочу поблагодарить моего научного руководителя, профессора Пола Пруцнала (Paul R. Prucnal), который направлял меня в течение всех этих лет. Его потрясающая научная интуиция и понимание всегда помогали мне заинтересоваться и найти интересные проекты. Я очень ценю ту свободу, которую он мне дал в праве выбора моего собственного направления исследований. Огромное спасибо ему и его жене Mindy за их гостеприимство, заботу и помощь.
Я благодарен моим коллегам по лаборатории: Camille-Sophie Brès, Darren Rand, Yue-Kai Huang, Yanhua Deng, John Suarez, Natalie Kostinski, и Zhenxing Wang. Вместе с ними мы сделали много интересного как в лаборатории так и в свободное время. Я также хочу поблагодарить двух других сотрудников лаборатории, которые мне очень помогали — Ivan Glesk и Mable Fok. Без них лаборатория не была бы такой продуктивной.
Я бы хотел сказать спасибо рецензентам моей диссертации профессорам Andrew Houck и Claire Gmachl за их квалифицированные рецензии и полезные замечания.
Также, я хочу поблагодарить профессоров, которые преподавали мне в течение этих лет: William Bialek, Robert Calderbank, Jason Fleischer, David Huse, Igor Klebanov, Stephen Lyon, Evgenii Narimanov, Alexander Polyakov, Marian Scully и Mansour Shayegaii
Я очень хочу сказать большое спасибо нашим коллабораторам, Михаилу Бубнову, Евгению Дианову, Валерию Машинскому и David Rosenbluth.
Я благодарен тем, кто был рядом в эти годы и предлагал свою помощь и поддержку: Vaneet Aggarwal, Leo Alekseyev, Abhishek Bhattacharjee, Bryan Bosworth, Eugene Brevdo, Bryan Conroy, Afusat Dirisu, Sharon Goldberg, Saurabh Gupta, Daniel
используется для настройки демультиплексора на любой из 16 ОС-192 подканалов.
Сам демультиплексор представляет собой нелинейный интерферометр Саньяка, содержащий 11 м высокогерманатного световода 31 lcî в качестве активного элемента. Измеренный нелинейный коэффициент этого световода равен 35 Вт-1 км-1, а хроматическая дисперсия —70 пс/нм-км на длине волны Л = 1550 нм. Оптические потери данного нелинейного световода равны 36 дБ/км а потери на сварном соединении со стандартным одномодовым световодом SMF-28e составляют всего 0,2 дБ. Такая
малая длина нелинейного световода устраняет необходимость управления дисперси-

ей, поскольку даже для ненулевой дисперсии все относительные задержки между сигналами с разными длинами волн невелики. Предлагаемый демультиплексор может быть использован для работы с любыми длинами волн в телекоммуникационном диапазоне 1,55 мкм при условии, что длина волны управляющего сигнала (сигнала часов) изменяется соответствующим образом.
Экспериментальное исследование работы предлагаемого демультиплексора было проведено в двух различных конфигурациях: с фиксированной и случайной поляризацией входного сигнала. В последнем случае был использован хаотизатор поляризации, который располагался в канале 160 Гбит/с прямо перед демультиплексором

(точка С на рис. 2.5). Поляризация сигнала на выходе хаотизатора охватывает все возможные состояния поляризации с равной вероятностью, при среднем времени декорреляции равным нескольким мкс.
Зависимости количества битовых ошибок от мощности сигнала были измерены по стандартной методике, при этом измерялась мощность сигнала до приемника с предусилителем (точка D на рис. 2.5). Полученные результаты представлены на рис. 2.6 для пяти различных подканалов в том числе самого лучшего и худшего из всех шестнадцати. Все остальные подканалы опущены из-за сходства их графиков с приведенными кривыми. Соответствующие осциллограммы, измеренные в точке D (рис 2.5) для всех подканалов представлены на рис. 2.7. В случае фиксированной поляризации было достигнуто детектирование без битовых ошибок с потерей мощности около 3 дБ (при BER 1СГ10) по сравнению с прямым измерением исход-