Анализ оптических мод и вихревых сигналов в оптоволокне методом бокового просвечивания

Багманов В.Х., Виноградова И.Л., Гизатулин А.Р., Мешков И.К., Салихов А.И., Султанов А.Х.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Виноградова И.Л., Салихов А.И., Мешков И.К., Гизатулин А.Р., Султанов А.Х., Багманов В.Х. Анализ оптических мод и вихревых сигналов в оптоволокне методом бокового просвечивания // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 10. С. 65–77. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-10-65-77

Vinogradova I.L., Salikhov A.I., Meshkov I.K., Gizatulin A.R., Sultanov A.Kh., Bagmanov V.Kh. Analyzing the optical modes and vortex signals in an optical fiber by means of side illumination [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 10. P. 65–77. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-10-65-77

Ссылка на англоязычную версию:

I. L. Vinogradova, A. I. Salikhov, I. K. Meshkov, A. R. Gizatulin, A. Kh. Sultanov, and V. Kh. Bagmanov, "Analyzing the optical modes and vortex signals in an optical fiber by means of side illumination," Journal of Optical Technology. 88(10), 597-605 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000597

Аннотация:

Рассматривается новый метод инструментального (экспериментального) нахождения параметров модовых распределений оптического сигнала, распространяющегося вдоль оптического волокна. Предложенный метод основан на просвечивании оптического волокна сбоку с последующим исследованием изображения для «линейного» и «нелинейного» (с керровской добавкой) случаев и дальнейшим пересчётом параметров мод по предложенной методике. В отличие от известных методов анализа модовых распределений, работающих только с торцевым излучением оптоволокна и реализующихся только в определённых точках линии с перерывом передачи сигнала по ней, предложенный метод не предполагает разрыва оптической линии и может применяться в любой её точке. Схема измерений основана на применении известной экспериментальной установки, предназначенной для получения профиля показателя преломления оптоволокна. Дополнительно к известной схеме предложено выполнять измерения для различных угловых положений исследуемого оптоволокна и для различных его продольных положений. Предложенный метод реализуем, когда распространяющийся по оптоволокну сигнал характеризуется повышенной интенсивностью, что обеспечивает возможность зафиксировать нелинейную (керровскую) добавку к основному профилю показателя преломления.

Ключевые слова:

модовые композиции в оптоволокне, нелинейное изменение показателя преломления, профиль показателя преломления, весовые коэффициенты мод, боковое просвечивание оптоволокна

Благодарность:

Исследование выполнено за счёт гранта Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФГБОУ ВО УГАТУ № FEUE-2020-0007 по теме «Теоретические основы моделирования и семантического анализа процессов преобразования вихревых электромагнитных полей в инфокоммуникационных системах».

Коды OCIS: 060.2300, 060.2330

Список источников:

1. Nortel — Спрос на полосу пропускания [Электронный документ]. http://nag.ru/news/newsline/14952/nortel-na-konferencii-ofc-nfoec-spros-na-polosu-propuskaniya.html
2. Тен С., Таури К., Шарма М., Лобанов С. Требования к оптическим волокнам связи с развитием 100 Гбит/с систем передачи // Фотон-экспресс. 2020. № 7. С. 22–26.
3. Allen L., Beijersbergen M.W., Spreeuw R.J.C., Woerdman J.P. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre–Gaussian laser modes // Phys. Rev. A. 1992. V. 45. P. 8185.
4. Niknam S., Roy A., Dhillon H.S. Intelligent O-RAN for beyond 5G and 6G wireless networks // Preprint. 2020. arXiv:2005.08374.
5. Dutta A. Mode analysis of different step index optical fibers at 1064 nm for high power fiber laser and amplifier // International Journal of Electronics & Communication Technology. 2015. V. 6. № 3. Р. 74–77.
6. Zhang J., Wu Z., Huang T., Shao X., Shum P. Modes effective refractive index difference measurement in fewmode optical fiber // MRS Singapore — ICMAT Symposia Proceedings, 8th International Conference on Materials for Advanced Technologies, Procedia Engineering. Sept. 8–10, 2016. Auckland, New Zealand. 2016. V. 140. P. 77–84.
7. Mao B., Liu Y., Zhang H., Yang K., Han Y., Wang Z., Li Z. Complex analysis between CV modes and OAM modes in fiber systems // Nanophotonics. 2019. V. 8. № 2. P. 271–285.
8. Gong M., Yuan Y., Li C., Yan P., Zhang H., Liao S. Numerical modeling of transverse mode competition in strongly pumped multimode fiber lasers and amplifiers // Optics Express. 2007. V. 15. № 6. P. 3236.
9. Сойфер В.А. Дифракционная компьютерная оптика. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 736 с.
10. Blin S., Nguyen D.M., Nguyen T.N., Provino L., Thual M., Chartier T. Simple modal analysis method for multi-mode fibers // 2009 35th European Conference on Optical Communication. Sept. 20–24, 2009. Vienna, Austria. 2009. P. 1–2.
11. Pang H., Haecker T., Bense A., Haist T., Flamm D. Focal field analysis of highly multi-mode fiber beams based on modal decomposition // Applied Optics. 2020. V. 59. № 22. P. 6584–6592.
12. Gray D., Petrovich M., Sandoghchi S., Wheeler N., Baddela N., Jasion G., Bradley T., Richardson D., Poletti F. Real-time modal analysis via wavelength-swept spatial and spectral (S2) imaging // IEEE Photonics Technology Letters. 2016. V. 28. № 9. P. 1034–1037.
13. Молочников Б.И., Морозов В.Н., Васильева И.С., Морозова Г.В., Горлова З.В. Способ измерения профиля показателя преломления сердцевины волоконных световодов // Патент СССР № SU 1430837, G 01 N 21/41. 1988.
14. Субботин Е.А. Методы и средства измерения параметров оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие для вузов. М.: Горячая линия — Телеком, 2013. 224 с.
15. Ahmed F., Ahsani V., Jo S., Bradley C., Toyserkani E., Jun M.B.G. Measurement of In-fiber refractive index change using a Mach–Zehnder interferometer // EEE Photonics Technology Letters. 2019. V. 31. № 1. P. 74–77.
16. Azkune M., Ortega-Gomez A., Ayesta I., Zubia J. Refractive-index profile reconstruction in graded-index polymer optical fibers using Raman spectroscopy // Materials. 2020. V. 13. P. 2251.
17. Yamada T., Ohsato Y., Yoshinuma M., Tanaka T., Itoh K. Arc fusion splicer with profile alignment system for high-strength low-loss optical submarine cable // Journal of Lightwave Technology. 1986. V. 4. № 8. P. 1204–1210.
18. Андросик А.Б., Воробьев С.А., Мировицкая С.Д. Метод фокусировки для измерения геометро-оптических параметров световодов // Технические науки — от теории к практике / XXVIII междунар. науч.-практ. конф. 2013. Т. 11. № 24. С. 116–125.
19. Baskin L.M., Sumetsky M., Westbrook P.S., Reyes P.I., Eggleton B.J. Accurate characterization of fiber Bragg grating index modulation by side-diffraction technique // IEEE Photonics Technology Letters. 2003. V. 15. № 3. P. 449–451.
20. Aslund M., Canning J., Poladian L. Novell characterization technique with 0,5 ppm spatial accuracy of period in Bragg gratings // Optics Express. 2003. V. 11. № 8. P. 838–842.
21. Шумкова Д.Б. Специальные волоконные световоды. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011. 178 с.
22. Luneburg R.K. Mathematical theory of optics. L.A.: University of California press, 1964. 448 p.
23. Котляр В.В., Мелёхин А.С. Преобразование Абеля в задачах синтеза градиентных оптических элементов // Компьютерная оптика. 2002. Т. 24. С. 48–52.

24. Кузюткина Ю.С., Романова Е.А., Конюхов А.И. Экспериментальные методы исследования нелинейных свойств оптических стёкол // Учебно-методическое пособие для студентов физического факультета, обучающихся по специальности 010701 «Физика». Саратов: Изд-во Саратовского государственного университета, 2013. 130 с.
25. Okamoto K. Fundamentals of optical waveguides. San Diego: Academic Press, 2006. 584 p.
26. Hallam A. Mode control in multimode optical fiber and its applications. Aston: Aston University, 2007. 203 p.
27. Иванов О.В., Никитов С.А., Гуляев Ю.В. Оболочечные моды волоконных световодов, их свойства и применение // Успехи физических наук. 2006. Т. 176. № 2. С. 175–202.
28. Mode Conditioners US5416862 (AT&T, 1993).
29. Mode Conditioners JP2000231027 (Hitachi, 1999).
30. Mode Conditioners JP2000147334 (Hitachi, 1998).
31. Mode Conditioners JP2000047065 (Hitachi, 1998).
32. Zhu X., Schülzgen A., Li H., Moloney J.V., Peyghambarian N. Gaussian beam shaping based on multimode interference // Proceedings of SPIE. 2016. V. 7579. P. 75790M-1.