Modulación de fase propia

La automodulación de fase (SPM) es un efecto óptico no lineal , que consiste en la dependencia de la fase del pulso de su intensidad debido a ciertos efectos no lineales (por ejemplo, el efecto Kerr ). SPM es importante en el estudio de las propiedades de los sistemas ópticos como los láseres y FOCL . [1] [2] Sus consecuencias son el autoenfoque y el autodesenfoque de la luz. [3]

Teoría

Como ejemplo, considere la propagación de un pulso gaussiano monocromático ultracorto con una frecuencia en la materia. El análisis adicional sigue siendo válido para pulsos de una forma diferente (por ejemplo, con un perfil de seg 2 ). Su intensidad en función del tiempo se puede representar como: $\omega_0$

I(t)=I_{0}\exp \left(-{\frac {t^{2}}{\tau ^{2}}}\right),

donde es la intensidad máxima;

yo_0

{\ estilo de visualización 2 \ tau}

es el ancho de pulso en el nivel

{\ estilo de visualización 1/e.}

Según el efecto Kerr , durante su propagación, el índice de refracción en cada punto del medio será función de la intensidad en ese punto:

n(I)=n_{0}+n_{2}\cdot I,

donde es la parte lineal del índice de refracción;

n_ {0}

n_{2}

es la parte no lineal del índice de refracción de segundo orden.

Según la señal , se observará autoenfoque o autodesenfoque . $n_{2}$

El siguiente es un ejemplo correspondiente al autoenfoque. En cada punto del cuerpo, la intensidad del impulso primero aumentará y luego disminuirá. Esto modulará el índice de refracción con el tiempo: ${\ estilo de visualización n_ {2}> 0,}$

{\frac {dn(I)}{dt}}=n_{2}{\frac {dI}{dt}}=n_{2}\cdot I_{0}\cdot {\frac {-2t }{\tau ^{2}}}\cdot \exp \left({\frac {-t^{2}}{\tau ^{2}}}\right).

Debido a la dependencia del número de onda del índice de refracción, obtenemos un cambio de fase:

\phi (t)=\omega_{0}t-kL=\omega_{0}t-{\frac {2\pi }{\lambda_{0))}\cdot n(I) L,

donde está la longitud de onda en el vacío;

\lambda _{0}

L

es la distancia recorrida por el impulso.

El cambio de fase se manifiesta como un cambio de frecuencia en las regiones del pulso con diferente intensidad, lo que puede expresarse como una dependencia de la frecuencia con el tiempo. La frecuencia "instantánea" tiene la forma:

\omega (t)={\frac {d\phi (t)}{dt))=\omega _{0}-{\frac {2\pi L}{\lambda _{0))} {\frac{dn(I)}{dt)),

que se puede reescribir como:

\omega(t)=\omega_{0}+{\frac {4\pi Ln_{2}I_{0}}{\lambda_{0}\tau ^{2}}}\cdot t \cdot \exp \left({\frac {-t^{2}}{\tau^{2}}}\right).

Cerca del máximo de intensidad, la frecuencia cambia casi linealmente, lo que se puede representar como:

\omega (t)=\omega _{0}+\alpha \cdot t,

dónde

\alpha =\left.{\frac {d\omega }{dt}}\right|_{0}={\frac {4\pi Ln_{2}I_{0}}{\lambda_{ 0}\tau^{2}}}.

El gráfico de frecuencia frente a tiempo ilustra el desplazamiento hacia el azul del borde posterior (aumento de la frecuencia) y el desplazamiento hacia el rojo del borde anterior (disminución de la frecuencia). El efecto obtenido de aceleración del borde de salida y desaceleración del borde de ataque ilustra la compresión de pulsos ópticos. En pulsos de potencia suficiente, se puede observar un equilibrio entre la no linealidad que comprime el pulso y la dispersión que afecta de manera opuesta, lo que generalmente conduce al ensanchamiento del pulso. El perfil de momento así obtenido es un solitón óptico .

Métodos para suprimir el fenómeno en sistemas de multiplexación de espectro

En los sistemas de multiplexación troncal y de un solo canal , SPM es uno de los principales factores limitantes de la óptica no lineal, lo que reduce la velocidad de transmisión. Su influencia se reduce de varias maneras [4] :

disminución de la potencia con el aumento del ruido;
cambio de dispersión.

FSM en fibras ópticas

La modulación de fase propia puede desempeñar un papel positivo y negativo en la transmisión de información a través de FOCL . Los aspectos negativos incluyen la posibilidad de ensanchamiento del pulso y el impacto en su estabilidad. Por otro lado, el cambio en el espectro del pulso puede ser utilizado para conmutación óptica y obtención de señales de menor duración [5] . Con su ayuda, es posible mejorar la amplificación de radiofrecuencias en las líneas de comunicación óptica de microondas [6] .

Consecuencias

Autoenfoque

Bajo la influencia de un haz de luz intenso, el medio inicialmente ópticamente homogéneo donde se propaga puede actuar como una lente de enfoque . Este fenómeno fue predicho teóricamente por G. A. Askaryan en 1962 y fue observado por primera vez por N. F. Pilipetsky y A. R. Rustamov en 1965 [7] .

Autodesenfoque

Autocanalización

Notas

↑ Golyshev V. Yu . - 2004. - T. 74 , N º 7 . - S. 66-69 .
↑ Golyshev V. Yu. et al. Automodulación de fase de la radiación en líneas de comunicación de fibra óptica // Quantum Electronics. - 2006. - T. 36 , N º 10 . - S. 946 - .
↑ Automodulación de fase . R.P. Fotónica. Consultado el 25 de octubre de 2011. Archivado desde el original el 16 de julio de 2012.
↑ Rajiv Ramaswami, Kumar Shivarajan. Redes ópticas: una perspectiva práctica. - 2ª Ed.. - Morgan Kaufmann, 2001. - 864 p. — ISBN 1558606556 .
↑ Govind P. Agrawal. Automodulación de fase en comunicaciones de fibra óptica: ¿buena o mala? . Instituto de Óptica, Universidad de Rochester. Consultado el 22 de febrero de 2011. Archivado desde el original el 16 de julio de 2012. (indefinido)
↑ Phillips, MR, Regan, MD Mejora de la ganancia del enlace óptico de microondas mediante modulación de fase propia en un interferómetro de fibra // Cartas de tecnología fotónica, IEEE. - 2008. - T. 20 , N º 24 . - S. 2174-2176 . -doi : 10.1109/ LPT.2008.2007809 .
↑ Autoenfoque de la luz . Enciclopedia física. Consultado el 12 de marzo de 2011. Archivado desde el original el 10 de junio de 2011. (indefinido)

Véase también

Literatura

Shen IR Principios de la óptica no lineal. — M .: Mir, 1989.
Korobkin V. V., Malyutin A. A., Prokhorov A. M. Automodulación de fase y autoenfoque de la radiación láser de neodimio durante el modo autobloqueo // Journal of Experimental and Theoretical Physics . - 1970. - T. 12 , N º 5 . - S. 216-220 .
Akhmanov S. A. , Sukhorukov A. P. , Khokhlov R. V. Autoenfoque y difracción de luz en un medio no lineal //Uspekhi fizicheskikh nauk. -Academia Rusa de Ciencias, 1967. -T. 93,No. 9. -S. 19-70. (Ruso)

Enlaces

Automodulación (Enciclopedia física) . Consultado el 22 de febrero de 2011. (indefinido)
Automodulación de fase (SPM) y modulación de fase cruzada (CPM). (enlace no disponible) . Fecha de acceso: 22 de febrero de 2011. Archivado desde el original el 9 de diciembre de 2013. (indefinido)

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