Efeitos Não Lineares em Fibras Ópticas de Dispersão .1.2 Efeitos lineares e não lineares em sistemas

  • View
    215

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Efeitos Não Lineares em Fibras Ópticas de Dispersão .1.2 Efeitos lineares e não lineares em...

Efeitos No Lineares em Fibras pticas de

Disperso Deslocada

por

Jos Manuel Chvez Boggio

Orientao: Prof. Dr. Hugo L. Fragnito

Tese de Doutorado apresentada ao Instituto de Fsica Gleb Wataghin da

Universidade Estadual de Campinas.

Campinas, 04 de Maio de 2001

III

IV

Agradecimentos

Ao Professor Hugo L. Fragnito pela orientao desta tese.

A Stefan e Paulo pelo trabalho em equipe.

Aos companheiros no laboratrio: Walter, Martin, Andr, Diego, Claudio, Andrs, e Rai.

Ao pessoal do DEQ: Simone, Julio e Virgo (uma caixinha).

Aos Profs. C. Aslangul e P. Juncar pelo exemplo e pelo apoio.

Aos amigos e companheiros aqui no Brasil: os Gmeos (Lobo-Gandhi), el prezi, Andrs

(pichica), Keila, Walter (uma partidinha), Antnio Maia, Renata, Ana Mrcia,

Mnica, Raul, Lzaro, Ana Melva, Nelson, Chico, Nahom, Juan Carlos, Cristiane,

Alberto, Carola, Pepe.

Ao pessoal da secretria da Ps: Armando e Maria Ignez.

s instituies: CAPES e IFGW-Unicamp.

Aos meus pais e irmos.

A todos, obrigado.

V

Resumo

Pesquisamos, terica e experimentalmente, interaes por mistura de quatro ondas entre

lasers e rudo, em fibras pticas de disperso deslocada.

apresentada uma modelagem, no domnio da freqncia, para propagao do campo do

rudo na presencia de um ou dois lasers. Comparamos os nossos resultados numricos

com os experimentais encontrando bom acordo. Comparamos ainda a nossa modelagem

com outras modelagens.

Apresentamos medidas de vrios efeitos novos: a gerao de um buraco no espectro do

rudo induzido por um laser de alta potncia; a amplificao catastrfica de rudo em

larga banda; a formao de lbulos de rudo amplificado ao redor de um laser que se

propaga na regio de disperso normal na presena de um laser na regio anmala; a

gerao de pares de picos-buracos no espectro do rudo induzidos por dois lasers de alta

potncia.

Todos esses efeitos so devidos a processos de mistura de quatro ondas casados em fase

at a terceira ordem na disperso.

VI

Abstract

We present a theoretical and experimental study of four-wave mixing interactions

between one or two lasers and noise in dispersion-shifted fibers, near the zero dispersion

wavelength.

We develop a simple frequency domain model of noise propagation in the presence of

one or two lasers. We obtain good agreement between numerical and the experimental

results. We also compare our model with other models that describe laser-noise

interactions.

We observed and explain new effects: 1) the formation of a dip in the noise spectrum

induced by a strong laser through four-wave mixing; 2) the broadband catastrophic noise

amplification pumped by two strong lasers symmetrically located relative to the zero

dispersion wavelength; 3) the formation of sidelobes of amplified noise around a laser

that propagates in the normal dispersion region in the presence of a second laser

propagating in the anomalous region; and 4) the formation of pairs of dips and peaks in

the noise spectrum induced by two strong lasers.

All theses effects are due to four-wave mixing processes phase matched up to third order

dispersion.

VII

ndice

Agradecimentos III

Resumo IV

Abstract V

ndice VI

Captulo 1: INTRODUO ........ 1

1.1 Introduo histrica. 1

1.2 Efeitos lineares e no lineares em sistemas WDM. 6

1.2.1 Efeitos lineares: atenuao e disperso. 6

1.2.2 Efeitos no lineares. 8

1.3 Justificativa. 10

Referncias 15

Captulo 2: TEORA: MISTURA DE QUATRO ONDAS E CASAMENTO DE

FASE .... 17

2.1 Introduo. 17

2.2 Interao por mistura de quatro ondas entre um laser e rudo. 19

2.2.1 Campo do laser e do rudo. 19

2.2.2 Polarizao no linear. 19

2.2.3 Equaes de propagao do rudo. 21

2.2.4 Forma do espectro do rudo aps propagao na fibra. 24

2.3 Interao por mistura de quatro ondas entre dois lasers e rudo. 24

VIII

2.4 Condio de casamento de fase. 26

2.5 Concluso. 27

Apndice A.- Propagao de um laser. 31

Apndice B.- Equaes de propagao do rudo no domnio da freqncia: mtodo de

soluo. 32

Apndice C: Anlise de Estabilidade 34

Apndice D: Comparaes experimento-simulao 37

Referncias 39

Captulo 3: INTERAO DE UM LASER COM O RUDO 41

3.1 Introduo. 41

3.2 Instabilidade Modulacional (MI). 42

3.2.1 Introduo. 42

3.2.2 Descrio da montagem experimental. 44

3.2.3 Parametros da fibra utilizada. 45

3.2.4 Resultados gerais. 46

3.2.4.1 Espectro de MI e comparao experimento-teoria. 46

3.2.4.2 Clculo da freqncia de MI. 47

3.2.4.3 MI em funo da frequncia do laser 48

3.2.4.4 MI em funo da potncia do laser. 49

3.2.4.5 Amplificao catastrfica do rudo. 50

3.2.5 Espectro de MI com flutuaes do zero de disperso ao longo da fibra. 51

3.2.5.1 Mudanas aleatrias do zero de disperso. 52

3.2.5.2 Mudanas peridicas do zero de disperso. 56

IX

3.2.6 Mudanas peridicas da potncia do laser. 58

3.2.7 Efeitos da Polarizao. 59

3.3 -Laser se propagando na regio de disperso normal. 61

3.3.1 Introduo. 61

3.3.2 Resultados. 62

3.4 Penalidades produzidas em sistemas de comunicaes pticas devido interao

entre um laser e rudo.