Инд. авторы:	Редюк А.А.
Заглавие:	Математическое моделирование параметрического усиления оптического сигнала со спектральным уплотнением каналов
Библ. ссылка:	Редюк А.А. Математическое моделирование параметрического усиления оптического сигнала со спектральным уплотнением каналов // Вычислительные технологии. - 2014. - Т.19. - № -6. - С.65-76. - ISSN 1560-7534. - EISSN 2313-691X.
Внешние системы:	РИНЦ: 22791290; РИНЦ: 23203578;
Реферат:	rus: Выполнено численное исследование параметрического усиления оптического сигнала со спектральным уплотнением каналов. Математическая модель распространения оптического сигнала по высоконелинейному волокну основана на нелинейном уравнении Шрёдингера. Для получения численного решения использовался метод расщепления по физическим процессам. Установлено, что при росте мощности накачки выше порогового значения происходит насыщение усиления. Показано, что для получения широкого и плоского спектра усиления в стандартном диапазоне длин волн необходимо, чтобы длина волны накачки была на несколько нанометров больше длины волны нулевой дисперсии волокна. Установлено, что путём увеличения длины высоконелинейного волокна можно уменьшить требуемую мощность накачки и улучшить плоскостность спектра усиления. eng: Purpose. The purpose of the paper is to investigate how performance of gain spectra for one-pump parametric amplification of wavelength-division multiplexing optical signal depends on system parameters such as pump power, wavelength offset between pump wavelength and zero-dispersion wavelength, the length of highly nonlinear fiber and fourth order dispersion. Methodology. A mathematical model of wavelength-division multiplexing applied for propagation of optical signal along highly nonlinear optical fiber is based on the nonlinear Schr¨odinger’s equation with Kerr law nonlinearity. To perform numerical simulations, the well-known split-step Fourier method has been employed. In the numerical model pump was considered as continuous wave, whereas signal was considered as return-to-zero binary phase modulated pulse pattern. Findings. We have presented the results of numerical simulation of wavelength-division multiplexing system with parametric amplification. We have observed the saturation of the amplifier when the pump power is above the threshold. We have shown that the pump wavelength has to be a few nanometers larger than the zero-dispersion wavelength in order to obtain the high, flat and broad C-band amplification gain. We have found that the required pump power may be reduced and flatness of the gain spectrum may be improved by means of increasing the length of the fiber. Originality/value. The present study provides an original method to numerically determine the shape of gain spectra in case of wavelength-division multiplexing for optical signal.
Ключевые слова:	оптические параметрические усилители; нелинейная оптика; волоконно-оптические линии связи; нелинейные дифференциальные уравнения; optical parametric amplifiers; Nonlinear optics; Optical fiber communication; nonlinear differential equations; mathematical modelling; математическое моделирование;
Издано:	2014
Физ. характеристика:	с.65-76
Цитирование:	1. Richardson D.J. Filling the light pipe // Science. 2010. Vol. 330, No. 6002. P. 327-328. 2. Marhic M.E., Rieznic A.A., Fragnito H.L. Investigation of the gain spectrum near the pumps of two-pump fiber-optic parametric amplifiers // J. Opt. Soc. Amer. B. 2008. Vol. 25, No. 1. P. 22-30. 3. Herrmann D., Tautz R., Tavella F. et al. Investigation of two-beam-pumped noncollinear optical parametric chirped-pulse amplification for the generation of few-cycle light pulses // Opt. Express. 2010. Vol. 18, No. 5. P. 4170-4183. 4. Braimiotis C., Marhic M.E., Rieznik A. Mitigating PMD in fiber optical parametric amplifiers with alternating fiber twists // IEEE J. Quant. El. 2009. Vol. 45, No. 11. P. 1344-1349. 5. Sylvestre T., Mussot A., Vedadi A. et al. System performances of fiber optical parametric amplifiers // Fiber and Integrated Optics. 2008. Vol. 27, No. 6. P. 516-531. 6. Boggio J.M.C., Marconi J.D., Fragnito H.L. Double-pumped fiber optical parametric amplifier with flat gain over 47-nm bandwidth using a conventional dispersion-shifted fiber // IEEE Phot. Tech. Lett. 2005. Vol. 17, No. 9. P. 1842-1844. 7. Marhic M.E. Fiber Optical Parametric Amplifiers, Oscillators and Related Devices. U.K.: Cambridge Univ. Press, 2008. 8. Gao M.Y., Jiang C., Hu W.S., Wang J. Optimized design of two-pump fiber optical parametric amplifier with two-section nonlinear fibers using genetic algorithm // Opt. Express. 2004. Vol. 12, No. 23. P. 5603-5613. 9. Gao M., Jiang C., Hu W. et al. Optimized design of two-pump fiber optical parametric amplifier and its noise characteristics // Opt. Comm. 2006. Vol. 258. P. 321-328. 10. Ablowitz M.J., Ladik J.F. A nonlinear difference scheme and inverse scattering // Stud. in Appl. Math. 1976. Vol. 55. P. 213-229. 11. Taha T.R., Ablowitz M.J. Analytical and numerical aspects of certain nonlinear evolution equations. Part II: Numerical nonlinear schrodinger equation // J. Comp. Physics. 1984. Vol. 55, No. 2. P. 203-230. 12. Паасонен В.И., Федорук М.П. Компактная безытерационная схема с искусственной диссипацией для нелинейного уравнения Шрёдингера // Вычисл. технологии. 2012. Т. 17, № 3. C. 83-90. 13. Delfour M., Fortin M., Payre G. Finite-difference solutions of a nonlinear schrodinger equation // J. Comp. Physics. 1981. Vol. 44, No. 2. P. 277-288. 14. Яненко Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Новосибирск: Наука, 1967. 196 с. 15. Hardin R.H., Tappert F.D. Applications of the split-step fourier method to the numerical solution of nonlinear and variable coefficient wave equations // SIAM Review. 1973. Vol. 15, No. 2. P. 423. 16. Марчук Г.И. Методы расщепления. М.: Наука, 1988. 262 с.