El regenerador Mamyshev 2R es un todo-óptico regenerador utilizado en comunicaciones ópticas . En 1998, Pavel V. Mamyshev de Bell Labs propuso y patentó el uso de la modulación de fase automática (SPM) para la remodelación y reamplificación de pulso óptico de un solo canal. [1] [2] Las aplicaciones más recientes se dirigen al campo de la generación de pulsos ultracortos de alta potencia máxima.
Diseño de regenerador 2R
El esquema del regenerador Mamyshev convencional se muestra arriba. Un amplificador de fibra dopada con erbio de alta potencia (HP-EDFA) aumenta la señal entrante a la potencia (Pm) requerida para la ecualización de potencia máxima óptima de los símbolos "uno". Este amplificador puede ir seguido de un filtro de paso de banda óptico (no mostrado en la figura) para rechazar la emisión espontánea amplificada fuera de banda . [3]
El ensanchamiento espectral inducido por modulación de fase propia se genera en una fibra óptica monomodo con una longitud. La dispersión cromática de esta fibra es normal y su valor es D. El coeficiente no lineal es, y las pérdidas lineales son . Se han probado con éxito varios tipos de fibras: fibras con dispersión desplazada no nula , [1] fibras de sílice altamente no lineales (HNLF), fibras de sílice microestructuradas , [4] fibras de calcogenuro [5] o fibras de telurito. [6]
En la salida de fibra, un filtro de paso de banda óptico (OBPF) con un ancho espectral FWHM, (definido de manera que el ancho de pulso en la salida es el mismo que en la entrada del sistema), está compensado espectralmente por una cantidad con respecto a la longitud de onda de la portadora de la señal de entrada y se utiliza para tallar en el espectro ampliado, actuando así como un remodelador de pulso.
Esta es la configuración de la unidad, que puede repetirse para una mayor precisión de la regeneración.
Se ha demostrado que es posible reemplazar ventajosamente la fibra no lineal por una guía de ondas de calcogenuro altamente no lineal, abriendo así el camino a la regeneración de chips fotónicos totalmente integrada. [7]
Principio de funcionamiento y diseño
El regenerador Mamyshev puede manejar señales de retorno a cero con velocidades de bits de datos ultra altas. De hecho, gracias a la respuesta casi instantánea del efecto Kerr no lineal , este regenerador no sufre el tiempo de recuperación finito de algunos absorbentes saturables .
El interés del regenerador Mamyshev radica en su capacidad para regenerar simultáneamente la información de "unos" y "ceros".
El efecto clave que afecta la evolución del pulso en el regenerador es la modulación de autofase que amplía el espectro en proporción a la intensidad del pulso óptico inicial. Combinado con un OBPF de compensación de frecuencia de salida, esto constituye un umbral ultrarrápido eficiente. En más detalles, los pulsos de baja intensidad o el ruido no se amplían significativamente y quedan fuera del BPF descentrado y, por lo tanto, la salida para los 0 ruidosos en el flujo de datos se reduce al piso cero. Por el contrario, para los pulsos de datos de 1, la intensidad es lo suficientemente fuerte como para ampliar los espectros por SPM, y una parte significativa del espectro cae en la banda de paso OBPF, lo que lleva a la generación del pulso de salida 1.
Para un diseño cuidadoso del regenerador y una combinación apropiada de parámetro de filtro (desplazamiento espectral y ancho de banda) / parámetro de fibra (valores de longitud, dispersión y no linealidad), [8] [9] también se puede lograr una reducción de las fluctuaciones de amplitud, lo que lleva a ecualización de potencia del flujo de impulsos.
Los resultados del modelado para el regenerador 2R se muestran con el artículo. En la Figura 1, el panel superior muestra el pulso regenerado de la entrada (panel inferior) para el regenerador Mamyshev 2R. Los pulsos del 1 ruidoso se elevan a los mismos niveles de potencia en la salida, mientras que los pulsos del 0 se reducen al piso de ruido.
Una propiedad importante de un regenerador Mamyshev es su función de transferencia que vincula la potencia máxima de salida con la potencia máxima de entrada. Para una operación eficiente y ecualización de potencia, esta función de transferencia debe exhibir una meseta marcada en el nivel de potencia de 1. [9] Se proporciona un ejemplo de una función de transferencia en la Figura 2.
Las operaciones espectrales de ensanchamiento, filtrado y regeneración alrededor de la longitud de onda central se muestran en la Figura 3.
En el diseño de este regenerador no lineal, se debe tener cuidado para evitar las consecuencias de la retrodispersión de Brillouin perjudicial [10] , así como la interacción pulso a pulso que conduce a efectos de patrón en la secuencia de salida. [9] [10]
Regenerador Mamyshev - Variantes
Debido al proceso de filtrado espectral, el pulso regenerado se desplaza intrínsecamente de la frecuencia original. Esto puede ser beneficioso si la conversión de longitud de onda se va a lograr simultáneamente con la regeneración y por lo tanto se puede considerar la conmutación de canal. [11] Sin embargo, si se quiere recuperar una señal de salida que tenga la longitud de onda inicial, una opción de aplicar otra regeneración con la frecuencia central BPF colocada en la frecuencia central del canal original permite superar este problema. Esto se puede hacer en una sola fibra usando una propagación bidireccional en la fibra no lineal. [12]
Regeneración 2R multicanal
El regenerador Mamyshev en su configuración estándar está limitado al funcionamiento de una sola longitud de onda para evitar efectos de modulación de fase cruzada (XPM) de canales adyacentes. Se han propuesto varios esquemas para extender su región de operación al régimen multicanal.
En su trabajo sobre compensación de mezcla de cuatro ondas (FWM) mediante el uso de un HLNF y su XPM, Michael Vasilyev y colaboradores han propuesto [13] y han demostrado una regeneración óptica de hasta 12 canales en sistemas de 10 Gbit / s. [14]
En otro trabajo, aprovechando el esquema de contrapropagación, se ha demostrado la regeneración de doble longitud de onda. [15] El número de canales que se pueden gestionar se ha incrementado hasta cuatro gracias al multiplexado por polarización . [dieciséis]
Se ha demostrado una regeneración totalmente óptica eficiente basada en el dispositivo Mamyshev a varias tasas de repetición: 10 Gbit / s, 40 Gbit / sy hasta 160 Gbit / s. [11]
El regenerador Mamyshev puede tener un rendimiento pobre: el filtrado espectral del espectro expandido induce una gran pérdida de energía intrínseca. Para compensar esas pérdidas, se puede involucrar una amplificación Raman distribuida . [17]
Regeneración 3R
La regeneración 2R se puede combinar con una etapa adicional de regeneración para proporcionar regeneración 3R. [11] [18]
La técnica Mamyshev también se ha utilizado para la transmisión OCDMA [19] y se ha propuesto utilizar la configuración Mamyshev en el marco de la supervisión del rendimiento óptico . [20] Las características de remodelación del regenerador Mamyshev también se han combinado con un proceso de atracción de polarización que permite regenerar simultáneamente el estado de polarización y el perfil de intensidad de los flujos de pulsos degradados. [21]
Generación de pulsos ultracortos de alta potencia máxima
Las posibles aplicaciones de los regeneradores Mamyshev no se limitan al campo de las telecomunicaciones ópticas. Esta técnica también se ha encontrado beneficiosa en el campo de la generación de pulsos de potencia ultracorta y de pico alto. De hecho, la mejora de fondo y las características de remodelación de los regeneradores Mamyshev han abierto nuevas perspectivas para el uso de láseres de ganancia conmutada y han permitido que se generen pulsos de subpicosegundos con potencias máximas que superan el nivel de megavatios en los denominados osciladores Mamyshev. [22] Otro ejemplo se ha logrado con la mejora del contraste en varios órdenes de magnitud de pulso de femtosegundo mJ en fibra de núcleo hueco llena de argón. [23]
Concatenación de regeneradores Mamyshev y uso en un oscilador óptico basado en fibra
La concatenación de pares de regeneradores Mamyshev se ha estudiado numéricamente y ha demostrado que las estructuras bien definidas podrían emerger espontáneamente de una arquitectura de oscilador, [24] [25] que luego se ha confirmado experimentalmente. [26] Investigaciones adicionales se han centrado en el desarrollo de láseres de fibra ultracortos de alta potencia máxima [27] [28] y se han considerado otros diseños de cavidades. [29] [30] En 2017, se alcanzaron picos de potencia récord muy por encima del nivel de MW.
Referencias
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