Исследование оптических импульсов с солитонным центром в волоконном световоде тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

РГ Б ОД

На правах рукописи

Андреева Елена Ивановна

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ С ССИШОННЬМ ЦЕНТРОМ В ВОЛОКОННОМ СВЕТОВОДЕ

Специальность 01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете

Научный руководитель:

кандидат технических, наук, доцент А.С. Щербаков

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор М.П.Петров кандидат физико-математических наук, доцент С.А.Козлов

Ведущая организация:

АО "Перспективные технологии"

Защита состоится

.. /А и

1996 Г. в

3!)

чао.

на заседании диссертационного совета К 063.38.11 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 105251, г. Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, корпус X , аудитория Л¿7,

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.

Автореферат разослан

^¿м

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, отарший научный сотрудник

С.В.Загрядский

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Бурное развитие техники оптических световодов и элементной базы волоконно-оптических систем связи-за последнее десятилетие привело к возможности создания трансконтинентальных оптических линий передачи данных. Одной из основных проблемы при создании таких линии связи является задача высокоскоростной передачи информации при максимальной длине регенерационного участка. При использовании оптических импульсов с характерными длительностями Ю-11 ... 10"13 с для реализации предельно высоких скоростей передачи информации существенными становятся вопросы влияния на параметры импульсов различных дисперсионных, нелинейных, Диссипативных эффектов и возможности формирования динамически устойчивых носителей информации. Как показывают результаты теоретических и экспериментальных исследований, волновые пакеты, обладающие параметрами солитонов, являются единственным известным на данный момент видом импульсов, способных устойчиво распространяться по световоду на трансконтинентальные расстояния при условии периодического включения оптических усилителей для компенсации потерь. Солитонный режим распространения сверхкоротких импульсов реализуется при компенсации дисперсионного расплывания волнового пакета нелинейным самосжатием в области аномальной дисперсии световода. Однако, на динамику солитонных импульсов в реальном световоде оказывапт влияние потери, которые нарушают баланс дисперсии и нелинейности. В зависимости от соотношения характерных длин проявления потерь и нелинейной динамики самовоздействия солитонного импульса, в волоконном световоде с потерями могут быть сформированы либо фундаментальные солитоны, либо импульсы с солитонным центром, особенности эволюции которых' наиболее рельефно проявляются на больтаой длине распространения в пикосекундной области длительностей импульсов, когда влияние нелинейных эффектов высоких порядков остается слабым. Влияние потерь на процесс формирования и эволюцию фундаментальных солитонов достаточно полно удается описать в рамках теории возмущений, тогда как в. случае импульсов с солитонным центром такой подход оказывается неприменим. В этой связи актуальным является изучение импульсов с солитонным центром, сравнительный'

- г -

анализ условий формирования и динамики распространения таких импульсов с фундаментальными солитонами в световоде с потерями, а также исследование возможностей использования импульсов с солитоннш центром в системах передачи данных на дальние расстояния.

Прзкттаэская реализация содитонной системы овяэи требует создания соответствующей элементной базы, обеспечивающей генерацию, полностью оптическуи регенерации мощных сверхкоротких импульсов и и/, регистрацзяз после ослабления потерями в световоде , в реальном масштабе времени. При этом особое внимание уделяется разработке функциональных элементов на основе полупроводниковых '.ярукгу!) и волоконных световодов, отвечащих требованиям высокой эфф'гкхивкостк, акояоа!!Чкос?и а компактности. Параллельное развитие техяологии волоконных оеотободов и полупроводниковых структур исэгсзно реиить многие вопросы их спектральной ос-да£оагч:х-отя ч модульного сопряжения, что даех возможность аоедачия гаСдодоь. «олокоянс-аалупровэдшсйвьас устройств ¡кллгчного »«¡.знзчения. Ьилшой «ятэрео представляет также иэоЕ&дов&гав вс&модаоотс получения кодированной последовательности оолитонообра&ухадк импульсов непосредственно г/. ш поде пслупроьодиако?ого мверного ио-точника.

аМ?-,-'. ~ >£ является телротячесное и экспериментальное !'ооледов5Л1,-;' еооОешюслй фср-лрсйанж и еголацда: импульсов с ■"ггапснгй.'м цо;I»; оогосхавлеш» с фундаментальными ч т ' •: вогмояности генерации

-■•••З' - •г-ъЪ^щы*** я-дау»«» ъ пр^п-сле '-.дативной активной '*'*'•.лазера с янеинкм волоконным ^г-энахср;,-«,. в тс--; часле и ¿орлкзоьгаья кодированных -оодехдеогеЛ таких &чху.аьсов.

".^.ч, й*.; казенной цели в ход-?

р*- от*: р»",;-.-« ей,".^;:

- '«иудьооа с со-затонным центром

^талг^'ц; передам;

>^оы-^ке а-Я; нзоцссг"?. р&^грсс.-грзнекад ишульссш с

и--.-..у. '..к;:;^!--:, ¿:яг.ко зарбгултрироаак переход к

,г *- -• - '' .ШГ.^,. ^Ь^* *:::;Ч1Г!-- • '■'ПТЯШ.КСГО

..с ..«.("л^ «этчвоосю рася^лГгрзи&яц* л дохорегиотрация

- 3 -

импульсов с солитонным центром;

- проведен сравнительный анализ возможностей использования импульсов с солитонньм центром и фундаментальных солитонов в качестве носителей информации в системах передачи данных;

- представлена методика оптимизации параметров систем передачи и хранения информации импульсами о солитонньм центром;

- получено теоретическое описание режима аддитивной активной синхронизации мод полупроводникового лазера;

- экспериментально реализована генерация последовательности солитонообразующих импульсов полупроводниковым источником в режиме аддитивной активной синхронизации мод.

Практическая ценность работы состоит в непосредственной применимости ее результатов для совершенствования солитонных волоконно-оптических систем передачи и хранения информации, выявления предельных возможностей и оптимальных режимов функционирования таких систем.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. На основе метода описания импульса с солитонным центром как "усредненного" по длине распространения солитона могут быть определены области сутцествсванкл импульсов с солитонньм центром различных порядков.

2. Возможность описания в безразмерных параметрах эволюции импульсов с солитонным центром и степенной характер зависимости параметров вадзчи друг от друга допускают моделирование процессов распространения и фоторегистрации импульсов с солитонным центром.

3. С учетом взаимосвязи параметров импульсов с солитонным центром и волоконного световода вйзможна оптимизиция параметров линии передачи данных такими импульсами.

4. При определенных условиях возможна синхронизация мод полупроводникового лазера одновременным воздействием большого числа сигналов внешней модуляции, так называемый режим аддитивной активной синхронизации мод.

Б. Режим аддитивной активной синхронизации мод может использоваться для получения кодированных последовательностей солитонообразущих импульсов от полупроводникового источника.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: ICO International Topical"

Meeting1 on Optical Computing1 (Минск, 1992), ISFOC'92, ISFOC'93 (Санкт-Петербург, 1992, 1993), "Оптика лазеров" (Санкт-Петербург, 1993), Russian Telecom '94 (Санкт-Петербург, 1994), "Оптическая память и нейронные сети", (Москва, 1994), "Когерентная и нелинейная оптика" (Санкт-Петербург, 1995).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 1? работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 157 страниц, из них 113 страниц основного текста, 25 рисунков, 2 таблицы. Список цитируемой литературы включает 153 наименования.

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована основная цель работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, определены научная ноЕиэна и практическая ценность результатов работы, - содержатся сведения об апробации диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ литературных данных по методам получения и регистрации сверхкоротких оптических импульсов, теоретическому и экспериментальному исследованию солитонных импульсов в волоконных световодах. В первом параграфе рассмотрены возможности получения сверхкоротких импульсов о помощью источников на полупроводниковых структурах в режиме синхронизации мод, солитонных лазеров на активных волокнах, о привлечением нелинейных эффектов в волоконных световздэх. Отмечено, что для экспериментов с импульсами с солитонным центром более всего подходят полупроводниковые источники с активной синхронизацией мод, обеспечивающие генерацию солитонообразущих импульсов относительно большой длительности (от единиц до десятков пикссекунд) о высокой пиковой мощностью.

Основные мгтоды регистрации сверхкоротких импульсов рассмотрены во втором параграфе первой главы. Отмечается, что прямые измерения вмененной зависимости интенсивное-;! сверхкороткого импульса о разрешением до нескольких пикосекунд могут быть преэгдены о помощью электронно-оптических (стрек-)

- Б -

камер. Однако отечественные электронно-оптические камеры типа АГАТ-С® могут использоваться для регистрации оптического излучения о длиной волны до 1,3 мкм. На длинах волн 1,3 ... 1,6 мкм могут использоваться лавинные и р-1-п фотодиоды о частотной полосой 15-30 ГГц. Фемтосекундное разрешение обеспечивают корреляционные методы. В последнее время разработан ряд методов, позволяющих на основе корреляционных измерений однозначно восстановить огибающую регистрируемого импульса. Однако такие методы сложны в исполнении и требуют компьютерной обработки дзнных. Для оперативного . контроля временных параметров сверхкоротких импульсов в ходе эксперимента обычно используется автокорреляционная функция как интенсивности, так и напряженности второго порядка. Для определения длительности импульса по. его автокорреляционной функции интенсивности, получаемой в результате генерации второй гармоники, достаточно предположения о форме огибающей. Однако этот метод не применим для диагностики слабых сигналов. Длительность спектрально-ограниченного импульса относительно малой мощности может быть определена по его автокорреляционной функции напряженности.поля.

Третий параграф первой .главы посвящен исследованию солитоняых импульсов в волоконном световоде. Отмечено, что импульсы с солитонным центром формируются в волоконном световоде на расстоянии порядка дисперсионной длины в условиях, когда влияние потерь на характерной длине самовоздействия импульса становится существенным, а начальная амплитуда импульса превышает амплитуду солитона в световоде . без потерь. Приведено теоретическое описание импульсов о солитонным центром, допускающее представление огибающей.в виде функционального ряда, параметром разложения в котором выступает нормированное на дисперсионную длину расстояние распространения таких импульсов.' Отмечено, что с точностью до членов первого порядка в смысле средних по участку распространения параметров решение для импульсов с солитонным центром сводится к известному решению канонического уравнения Шредингера без потерь. Другой представленный в литературе подход к описанию импульсов о солитонным центром предполагает численное моделирование их эволюция и, также как и в предыдущем случае, ограничивается рассмотрением импульсов с солитонным центром первого порядка."

Экспериментальное наблюдение импульсов с солитонным центром проводилось различными группами исследователей в ряде зарубежных лабораторий. Этому способствовал тот факт, что в отличие от фундаментальных солитонов для формирования импульсов с солитонным центром требуются импульсы большей длительности и меньшей мощности, что облегчает задачу их получения, а свойство импульсов с солитонным центром первого порядка повторять начальную длительность на выходе участка распространения успешно используется для их идентификации в эксперименте. Отмечается, что. имеющиеся экспериментальные данные относятся практически исключительно к импульсам с солигоннш центром первого порядка и, по-видимому, требуют систематизации и анализа.

Вторая глава посвящена ' . методическому обоснованию экспериментов с оптическими солитонзми. В первом параграфе дан анализ эффективности двухстороннего: оптического согласования полупроводниковых источников с. волоконными световодами. Акцент сделан на стыковке в "торец" одномодовых волоконных световодов и квантовораэмерных лазерных структур, ограничение эффективности согласования которых обусловлено преимущественно значительным рассогласованием распределений полей в плоскости,

перпендикулярной р-п-переходу. Для лазеров с квантоворазмерной активной областью представлена методика определения распределения поля на выходе структуры по параметрам волновода.. В работе показано, что сужение диаграммы направленности излучения лазера в плоскости, перпендикулярной р-п-переходу, и увеличение эффективности двухстороннего согласования с волоконным световодом возможно эа счет уменьшения толщины водноводного слоя лазера. Для экспериментальной проверки предложенной методики использовались 1п0аАзР/1пР-гегеролазеры с кзантоворазмэрным активным слоем. Волноводная область использованных лазеров алроксимировалась прямоугольным волноводом со ступенчатым, профилем показателя преломлена! (показатели преломления волновода и окружающей области (зоотавили 3,42 и 3,171 соответственно). Измерения диаграммы направленности излучения в дальнем поле показали, что при шрине волновода лазера около 10 ыкм расходимость излучения в плоскости, перпендикулярной р-п-переходу практически совпадала о приемной апертурой волоконного оветовода, равной 6°. Уменьшение толщины волновода лазера от 0,45 шш до 0,16 мкм сопровождалось

двухкратным уменьшением угловой расходимости излучения в плоскости, перпендикулярной р-п-переходу, что позволило увеличить эффективность двухстороннего согласования таких лазеров о волоконным световодом от 0,11 до 0,30. Результаты измерений апертурных углов и размеров модового пятна по параметрам волнонода лазера о точностью до 10% совпали о расчетными значениями. Таким образом, сравнение результатов, полученных при использовании лазеров с различными размерами волноводной области подтверждает, что наибольшую эффективность двухстороннего согласования с волоконным световодом обеспечивают лазеры о широким волноводом малой толщины. Хорошее совпадение экспериментальных и расчетных данных служит подтверждением применимости предложенной методики для анализа таких задач.

Во втором параграфе второй главы рассмотрен вопрос измерения временных параметров сверхкоротких импульсов по

автокорреляционной функции напряженности поля второго порядка, получаемой с . помощью сканирующего интерферометра Майкельсона. Отмечено, что на точность измерения длительности импульса по его автокорреляционной функции оказывают влияние факторы, присущие самой оптической автокорреляционной функции (амплитудный и фазоЕый шум источника излучения, чирп частоты), и факторы, ■ налагающиеся в процессе ее регистрации фотоэлектрическим приемником (инерционность и шумы регистрирующей аппаратуры). При использовании в качестве источника сверхкоротких импульсов полупроводникового лазера в режиме активной синхронизации мод факторы первой группы оказывают, как правило, незначительное влияние. Для минимизации влияния факторов второй группы частота сканирования при регистрации оптической автокорреляционной функции должна выбираться с учетом требуемой точности и времени отклика фотоприемника.. Показано, что при амплитуде изменения' длины плеча интерферометра 3 мм о частотой 4 Гц фотоприемником' с временем отклика Б мкм могут быть зарегистрированы оптические автокорреляционные функции длительности не более 10 по о отношением сигнал-шум не менее 10.

В третьем параграфе второй главы исследовано влияние эффекта взаимодействия на эволюцию пары синфазных импульсов о солитонным центром. Показано, что в первом приближении возможно независимое друг от друга описание влияния потерь и взаимодействия на

динамику распространения таких импульсов. В работе получено выражение для скважности импульсов с солитонным центром на выходе участка распространения в предположении, что начальная скважность не меньше 2. Численными оценками показано, что при распространении пары синфазных импульсов с солитонным центром на расстояние порядка дисперсионной длины при указанном ограничении на начальную скважность влияние эффекта взаимодействия можно не учитывать.

В третьей главе приводятся результаты исследований полупроводниковых источников солитонообразующих импульсов. В начале главы кратко изложена модель, описывающая формирование непрерывной последовательности сверхкоротких импульсов в процессе активной синхронизации мод и приведены соотношения, позволяющие оценить длительность и частотную модуляцию импульсов по характеристикам лазера и параметрам гармонической модуляции тока накачки. Далее приведено описание измерительного стенда и экспериментального макета источника сверхкоротких импульсов на основа 1пваАвР/1пР-гетерадааера с внешним волоконным резонатором. При использовании лазеров с рабочей длиной водны 1,32 и 1,55 мкм получена устойчивая генерация непрерывных последовательностей _ импульсов длительности 3 пс с пиковой мощностью около 1 Вт и малой, в соответствии с теоретическими оценками, частотной модуляцией. Показано что при непосредственной стыковке "в торец" таких источников с одномодовыми кварцевыми световодами с дисперсией 2 пс/нм-км такие импульсы способны быстро формировать оптические солитокы с БесЬ-образной огибающей.

Для расширения возможностей генерации полупроводниковыми источниками сверхкоротких импульсов предложен метод аддитивной активной синхронизации мод, позволяющий за счет изменения огибающей сигнала модуляции тока накачки варьировать длительность генерируемых импульсов при фиксированный частоте их следования, а также при определенных условиях аддитивным . наложением отдельных периодически повторяющихся сигналов модуляции - получать последовательности сверхкоротких импульсов о различными параметрами. Приведено теоретическое описание процесса аддитивной активной синхронизации мод, получены выражения, связывающие параметры формируемых сверхкоротгак импульсов о соответствующим модулирующим сигналом. Показано, что при использовании в качестве

модулирующего сигнала суперпозиции N сигналов вида 10соз2п(*гтй + «к/и), где 10 - пиковое значение сигнала модуляции тока накачки лазера, у/т - частота модуляции, 1 - время, к - 1, 2, ... N. при условии слабого влияния каждого сигнала на соседние в рамках приближения слабой синхронизации мод возможно десятикратное изменение длительности импульсов при фиксированной частоте их следования. Для экспериментального исследования процесса аддитивной активной синхронизации мод длина внешнего волоконного резонатора-была увеличена до 80 м, что позволило одновременно удерживать в резонаторе 64 импульса, следующих с частотой повторения 80 МГц. При подаче в цепь питания даге'ра суперпозиции N - 64 сигналов модуляции вида 10со52п(1»т1 + лк/Н), где 2п - 10°, длительность генерируемых импульсов составила 7,7 пс, что, как и ожидалось, меньше значения, соответствующего случаю гармонической модуляции при той же частоте следования импульсов. Показано, что применение аддитивной активной синхронизации мод позволяет на базе полупроводникового источника сверхкоротких импульсов получить электронно перестраиваемый имитатор цифрового кода'.

Первый параграф четвертой главы посвящен сопоставлению импульсов с солитонньы центром и фундаментальных солитонов, области существования которых разлетаются значением безразмерного параметра Г, представляющего собой отношение дисперсионной длины к характерной длине проявления потерь, что з световоде о заданными параметрами означает различие длительностей указанных типов оолитонных импульсов. Показано, что в световоде с потерями 0,2 дБ/км, что соответствует декримекту затухания 0,023 км-1, с дисперсией 2 пс/нм-км диапазон энергий импульсов с солитонным центром оказывается близким энергии фундаментальных солитонов пикосекундной длительности, хотя характер зависимости энергии от длительности солитонного импульса меняется. В предположении не слишком малой выходной энергии солитонных импульсов, предельно допустимая величина которой полагается равной 6-10~в пДж, показано, что расстояние на которое сверхкороткие импульсы могут быть переданы в солитонном режиме, оказывается большим для импульсов с солитонным центром. Так, максимальная длина распространения в солитонном режиме по световоду с указанными параметрами для фундаментальных солитонов пикосекундной длительности не превышает 50 км, тогда как для импульсов о

солитонным центром, расстояние распространения которых не должно превышать дисперсионной длины, достигается значение 250 км. Сравнение пространственных эволюции импульсов о солитонным центром и фундаментальных солитонов равных начальных энергий при распространении на максимальное с точки зрения величины выходной энергии расстояние, показало, что несмотря на меньшую начальную длительность, выходное значение длительности фундаментальных солитонов оказывается больпе, чем в случае импульсов с солитонным центром.

Бо втором параграфе четвертой главы сформулированы условия существования импульсов с солитонным центром высоких порядков. Пространственные интервалы существования импульсов с солитонным центром различных порядков в световоде с заданными параметрами могут Сыть определены по начальным параметрам импульса. Показано, что если начальная амплитуда импульса в ас, > 1 раз превышает амплитуду фундаментального солигона такой же длительности в световоде без потерь, то может быть сформирован набор значений Son, таких что, Son - Sc/n, где п - 1, 2, ... N, N - во ~ ос, О < а < 1, определяющий набор пространственных интервалов е,п-'

г 2ГЧп f2 Son - -

L 1 - ехр(-2П-п) J

где е,п < 1. Величина Son - относительное превышение' амплитуды импульса амплитуды солитона n-го порядка в световоде без потерь, a - пространственный интервал существования импульса с

солитонным центром n-го порядка. Существование солитонных решений нескольких порядков при одном значении ао означает, что на начальном этапе распространения эволюция импульса с солитонным центром может быть описана несколькими функциями. При заданных начальных условиях более точным оказывается описание солитоном максимального порядка. С увеличением ао степень перекрытия областей существования импульсов с солитонным центром различных порядков возрастает.

Экспериментальные исследования были нацелены на изучение пространственной эволюции импульсов с солитонным центром на расстоянии порядка дисперсионной длины. Источником солитонообразугащих "импульсов служил полупроводниковый лззер в режиме активной синхронизации мод внешнего волоконного резонатора. При длительности входных импульсов t0 - 7,7 пс

- Ii -

t

out' по

1

8

2

">3

1 - ao - 1,0

2 - ao - 1,4

3 - ao - 2,0

4 - ao - 2,8

0

0 4 8 12 а, км Рис.1.

и дисперсии световода 2 пс/нм-км длина световода совпадала о дисперсионной длиной И км. При уровне потерь в световоде 1 дБ/км (декримент затухания 0,115 км-1) величина параметра Г составляла 1,3, что удовлетворяет условию формирования импульсов о солитонным центром. По условию равенства' выходной длительности импульса начальному значению удалось показать, ' что пространственным интервалам существования импульсов с солитонным центром первого порядка ед - 0,5 и е,\ - 1 соответствуют начальные амплитуды- Зо - 1,3 и äo - 1,8, что хорошо согласуется с расчетными величинами 1,3 и 1,7. На рис.1 сплошными линиями представлены расчетные пространственные зависимости длительности импульса с солитонным центром первого порядка tout(z) и точками указаны экспериментальные значения длительности импульсов, полученные в ходе экспериментального исследования. В ходе эксперимента был зарегистрирован переход к импульсу о солитонным центром третьего порядка, проявившийся в том, что монотонное сжатие импульса при увеличении начальной амплитуды до ао - 3,0 сменяется уширением при ао - 3,2, что указывает на развитие в центре импульса свойственной солитонзы высших порядков огибающей олажной фермы.

В третьем параграфе четвертой главы исследованы возможности использования импульсов о солитонным центром первого порядка в волоконно-оптических системах передачи и хранения информации. Показано, что наиболее рациональным сказывается использование импульсов о солитонным центром в линиях передачи дэнньк на дальние расстояния о большой длиной регенерацюнкого участка, так.

как при этом достигается большая скорость передачи информации, чем в случае использования фундаментальных содитоноа такой же начальной энергии. В работе представлена методика, позволяющая наиболее оптимальным' образом выбрать набор самосогласованных параметров таких систем с целью увеличения длины регенерационного участка, увеличения информационной емкости системы и т.д. Для экспериментального исследования таких систем . предложено Использовать методики моделирования процессов распространения и фоторегистрации импульсов с солитонным центром. В.основе методики моделирования процесса распространения импульсов о солитонным центром лежит степенной характер зависимости параметров задачи друг от друга, что позволяет с помощью соответствующих коэффициентов пересчета обобщить результаты, полученные на одной экспериментальной модели линии передачи данных, на широкий круг аналогичных систем. Отмечено, что в отличие от других параметров изменение значения параметра Г при - моделировании приводит к некоторым.' различиям пространственной динамики импульсов с солитонным центром, проявляющимся преимущественно на стадии самосжатия, что может быть учтено с помощью представленной в работе процедуры оценок. В случае, когда детали пространственной эволюции импульса о солитонным центром не являются существенными, а наибольший интерес представляют энергетические параметры импульса на входе и выходе линии передачи, то возможно масштабирование и по параметру Г, тем более что при этом значительно расширяются возможности моделирования процесса

* i • i * • • • .4 •» Г »'

* * • *. ./»*»• • , * »V.»1!*«'»»

а.

Рис.2.

фоторегистрации. На рис.2 представлены цифровые последовательности импульсов с солитонным центром длительности 7,7 пс на входе (а) и выходе (б) экспериментального макета линии передачи данных с энергетическим. потенциалом 11 дБ.' При пятикратном уменьшении потерь в световоде до 0,023 км-1 (0,2 дВ/км) и той же дисперсии 2 пс/нм-км на длине волны 1,55 мкм без изменения значения параметра Г протяженность линии передачи данных мсжет быть увеличена до 56 км при длительности импульсов о солитонным центром 20 пс. С привлечением масштабирования по Г и методики моделирования процесса фоторегистрации удается показать, что в предельном случае учета только квантовых шумов энергетический потенциал системы при таких же параметрах световода может быть увеличен до 50 дБ при длине световода 250 км и длительности импульсов 45 пс (Г - 5,6), причем отношение сигнал/шум на выходе световода оказывается равным 7, как и в,экспериментальной модели.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты работы:

1. Сформулированы условия и определены границы существования импульсов с солитонным центром различных порядков. Экспериментально зарегистрирован переход к импульсу с солитонным центром третьего порядка.

2. Предложены методики экспериментального моделирования процессов распространения и фоторегистрации импульсов с солитонным центром, позволяющие на компактном лабораторном макете воспроизвести прохождение импульсов о солитонным центром по протяженному световоду.

3. Представлена методика оптимизации параметров систем передачи и хранения информации на импульсах с солитонным центром.

4. Предложен и теоретически обоснован режим аддитивной активной синхронизации мод полупроводникового лазера, позволяющий реализовать модуляцию тока накачки одновременно большим числом независимых периодических сигналов.

5. Экспериментально реализована аддитивная активная синхронизация мод в полупроводниковой структуре с волоконным резонатором и "родомонстрирована возможность генерации периодически повторяющихся електронно перестраиваемых цифровых последовательностей солитонообраэующих импульсов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Андреева Е.И., Щербаков А.С., Беришев И.Э., Ильин КЗ.В., Тара-

сов И.С. Полупроводниковый источник пикосекундных импульсов на длине волны 1,55 мкм. // Письма в ЖТФ.- 1992.- Т.18, вып.24.- С.23-27.

2. Shcherbakov A.S., Ivanov O.G., Andreeva E.I. All-optical

recovery of informative pulses in soliton fiber-loop memory by semiconductor structures. // Technical Digest of ICO Int. Topical Meeting- on Optical Computing (June 29 - July 1, 1992, Minsk, Republic of Belarus).- Minsk.- 1992.- P.29D7.

3. Shcherbakov A.S., Ivanov O.G., Andreeva E.I. All-optical

recovery of informative pulses in soliton fiber-loop memory by semiconductor structures. // Proc. SPIE.- 1992.- V.1806.-P.44-53.

4. Shcherbakov A.S., Ivanov O.G., Andreeva E.I. All-optical

restoration of soliton informative pulses by semiconductor structures. // Proc. of ISFOC'92 (5-9 October, 1992, St.Petersburg, Russia).- IGI, Boston MA, USA, 1992.-P.11-116.

5. Андреева Е.И., Щербаков А.С., Беришев И.Э., Ильин Ю.В., Тара-

сов И.О. Полупроводниковые лазерные источники последовательностей нккосекундных солитонообразующих импульсов. // Тез. докл. Междунар. конф."Оптика лазеров" (21-25.06.93. С.Петербург).- Санкт-Петербург.- 1993.- Т.2.-С.427.

6. Андреева Е.К., Щербаков А.С., Беришев И.Э., Ильин Ю.В., Тара-

сов К. С. Полупроводниковый генератор двоичных слов, образованных пикосекунднымя оптическими импульсами. // Письма в ЖТФ.- 1993.- Т.19, вып.17.- С.17-21.

7. Shcherbakov A.S., Andreeva E.I. Shaping of multibit binary

words, including soliton-in-fiber deriving pulses, by semiconductor laser source. // Proc. SPIE.- 1993.- V.2097.-P.289-300.

8. Andreeva E.I., Shcherbakov A.S. Digital data transmission

characteristics of a long distance soliton fiber system with all-optic3l lumped precise recovering. // Proo. of ISF0C93 (26-30 April, 1993, St.Petersburg, Russia).- IGI, Boston MA, USA, 1993.- P.366-372.

9. Щербаков А.С., Андреева Е.И. Наблюдение яикосекундных оптичес-

ких импульсов с солитонным центром в одномодоном волоконном световоде. // Письмз в ЗШ>.~ 1994.- Т.20, вып.21.- С.44-Б0.

10. Щербаков А.С., Андреева Е.И., Тарасов И.С. Экспериментальное моделирование передачи цифровых екгналоз по протяжекко/у световоду пикосекуидными импульсами с солитонным центром. // Письма в КТО.- 1994.- Т.20, вып.24.- С.23-34. ■

11. Shcherbakov A.S., Andreeva Е. I.. Optical storage of binary data using guiding-center solitons in a fiber loop. // FToc. SPIE.- 1994.- V.2429.- P.227-234.

12. Shcherbakov A.S., Andreeva E.I., Kosarsky A.Yu., Koroleva Yu.V. Long-distance lengthy-span fiber transmission system using guiding-center soliton pulses. // Proo. of the IV Int. Cent. "Russian Telecom *94" (12-1? December, 1994, St.Petersburg. Russia)!GI, Boston SiA, USA,- 1S94.-P.84-88.

13. Щербаков А.С., Андреева Е.И. Экспериментальное моделирование фоторегиотрации пиьосекундкнх илсау.вьоов с солитонным центром. // Письма в ЕТФ.- 1995.- Т.21, еьгп.4.- С.31-35.

1-1. Щербаков А. С. j Андреева Е.Е. Динамика распространения пары соаитонных гошульсов з полоконкем световоде. // Письма в НТФ.-. 199S.- Т.21, вып.7.- С.6-11.

15. Shcherbakov A.S., Andreeva Е.I,, Tarasov 1.3. Experimental investigation of gaidine-center solitor.s in optical fiber, /7 Technical Di^st of 15-th Int. Conf. on Coherent F.nd Nonlinear Optics (Jur.e 2S - July 1, 1995, St.Petersburg, Russia). St. Petersburg:.- 13S5. V.I.- P.562-363.

16. Shcherbakov A.S., Andreeva E.1., Tarasov I.S. Experimental investigation of guiding'-cent^r solitons in optics! fiber. // Proo.- 1995.- V.2615.- C.71-79.

17. Андреева E.K.. Исследование процесса■распространения iscr/ль-сов о сохитоннш . .-.нтром з волоконном сгэтовсдо. // Тез. докл. Всеггоссж^кого молодежного серума "Интеллектуальный потенциал России и XXI тк" (£2.-24.11.1955, Саикт-Патэрбург) CsHKT-lieve^Sypr. СПЭГГУ, 1335.- C.S-10.

Подписано в псчатьО.^ У« Тираж ЮО. Зака»

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29