XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Фазовая самомодуляция (ФСМ) – нелинейный эффект, возникающий вследствие зависимости показателя преломления от интенсивности. ФСМ обусловлена самонаведенным набегом фазы, который оптическое поле приобретает при распространении в волоконном световоде. Его величину можно получить, заметив, что фаза оптического поля изменяется как

де k₀ = 2π / λи L - длина световода. Зависящий от интенсивности набег фазы возникает вследствие ФСМ. ФСМ приводит также к спектральному уширению коротких импульсов и к существованию оптических солитонов в области аномальной дисперсии групповых скоростей световода.

Из радиофизики и радиотехники известно, что ширина спектра импульса с частотной модуляцией, несущей больше, чем у импульса без частотной модуляции. Ширина спектра частотно модулированного импульса приблизительно составляет величину удвоенного максимального отклонения частоты от центра несущей. Это справедливо, если максимальное отклонение значительно превосходит частоту модуляции, что характерно для нашего случая.

Таким образом, при ФСМ происходит уширение спектра импульса. Этот случай следует отличать от ДГС. При ДГС также происходит фазовая и частотная модуляция. Однако при этом одновременно меняется (увеличивается) длительность импульса. Иными словами, при ДГС происходит перераспределение спектральных составляющих импульса по его длительности, а при ФСМ – генерируются новые частоты. Генерация новых частотных компонент в спектре импульса происходит непрерывно по мере распространения по световоду, вызывая уширение спектра. Т. к. n₂>0, то на переднем фронте импульса реализуется сдвиг в стоксову («красную»), а на заднем – в антистоксову («синюю») области спектра. При этом изменение частоты больше для импульсов с более крутыми фронтами.

Рис. 1 – Изменение во времени набега фазы (а) и частотной модуляции (б), наводимых ФСМ в гауссовом (штриховая линия) и супергауссовом (сплошная линия) импульсах

Отметим важный практический момент, что эффект SPM приводит к появлению чирпинга примерно также, как и при распространении импульса в волокне с дисперсией (например, с SMF-28 на 1550 нм). Однако между этими явлениями имеются существенные отличия. Эффект SPM вызывает расширение спектра импульса (нелинейные искажения), но не меняет длительность импульса. Дисперсия же, наоборот, приводит к изменению длительности импульса, но не меняет ширину его спектра (линейные искажения).

Из практических результатов использования можно отметить, что лазеры с непосредственной модуляцией обладают эффективностью уширения спектра того же порядка, как и SPM эффекты в ОВ и могут использоваться для трансляции цифровых сигналов со скоростями до 2,5 Гбит/с на расстояниях до 170…200 км при использовании SMF-28 c 2 dB или меньшим влиянием. Для более протяженных магистралей или при использовании более высоких скоростей передачи, потребуются уже лазеры с абсорбирующей или внешней модуляцией.

В общем случае влияние SPM значительно только в системах с высоким значением накопленной дисперсии или в системах очень большой протяженности. Оптоволоконные системы, имеющие ограниченную накопленную дисперсию, могут не вызывать эффектов, характерных для SPM. В системах WDM с очень малым шагом между каналами, спектральное уширение, вносимое действием SPM, может также вызвать интерференцию между соседними каналами.

Список использованных источников

https://studfile.net/preview/9899031/page:26/

https://optics.phys.msu.ru/wp-content/uploads/2014/11/126_Voronin-Nanij_Osnovy-optiki_2011.pdf

http://www.konturm.ru/download/stat/2005/081105.pdf

https://books.ifmo.ru/file/pdf/547.pdf