Rishøj, Lars Søgaard

I dette Ph.D.-projekt undersøges det, hvorledes forskellige bølgetyper1 i optiskefibre, kan udnyttes som en ekstra frihedsgrad til opfyldelse af det fasetilpasningskrav, der er en nødvendig forudsætning for firebølgeblanding. Firebølgeblanding er en ulineær proces, som muliggør udveksling af energi mellem forskellige bølgelængder, og i dette arbejde undersøges denne proces alene i optiske fibre. En sådan kobling af energi er nyttig til både forstærkning af optiske signaler og bølgelængdekonvertering.Den nærværende afhandling beskriver udviklingen af en specifik fiber, som understøtter flere bølgetyper. Specifikt opfylder den pågældende fiber fasetilpasningskravet for firebølge-blanding mellem en pumpe, der har en bølgelængde i Ytterbiums forstærkningsregion, og et signal i telekommunikationsbåndet, når de interagerende bølgelængder befinder sig i de nødvendige bølgetyper. Herved genereres en ny bølge med en bølgelængde omkring 800 nm. Ved hjælp af simuleringer af plusudbredelsen undersøges processen i detaljer, og specielt undersøges betydningen af de forskellige overlapintegraler mellem bølgetyperne, og betydningen af fiberens diametervariationer.Det er eksperimentelt eftervist, at man, ved hjælp af gitre, kan overføre 99,8 % af lysets effekt fra fiberens fundamentale bølgetype til en bestemt udvalgt højreordens bølgetype. Desuden demonstreres det, hvordan denne højreordens bølgetype kan udbrede sig stabilt i fiberen, så den, med andre ord, undergår en minimal ændring af lysets rummelige fordeling under udbredelsen.Endelig påvises adskillige firebølgeblandingsprodukter i bølgelængdeområdet omkring pumpen ved 1064 nm. Firebølgeblandingen opstår i den såkaldte LP07-bølgetype, som modsat fundamentalbølgetypen, udviser anormal dispersion ved 1064 nm. I eksperimenterne er den maksimalt anvendte pulsenergi 105 μJ, og det er alene begrænset af den anvendte pumpelaser, idet fiberen kan håndtere pulsenergier op til omkring 540 μJ for den anvendte pulsbredde. Denne effekt er 12 gange større end den en mikrostruktureret fiber, der har lignende dispersions egenskaber, kan tåle. Desuden er der opnået et enkelt, let perifert, resultat, eftersom et kontinuum fra 680 til 1600 nm er genereret udelukkende i LP07-bølgetypen.The nonlinear process of four-wave mixing (FWM) enables coupling of energy between wavelengths. This is useful for both optical amplification and wavelength conversion. A crucial prerequisite for the process is phase matching. This PhD project investigates how higher order modes (HOMs) in fibers can be used as an additional degree of freedom to fulfill this phase matching requirement.The design of a specialty few moded fiber is discussed. This fiber allows for FWM between a pump in the Ytterbium gain region with a signal at telecommunication wavelengths, hereby generating a new wavelength around 800 nm. Using pulse propagation simulations this process is investigated in details, which includes examining the impact of the overlap integrals and outer diameter (OD) variations along the fiber.Experimentally, it is demonstrated that using a long period grating (LPG), it is possible to convert 99.8 % of the power from the fundamental mode to a specific HOM in the custom designed fiber. Furthermore, it is demonstrated that stable propagation in the considered fiber is possible, without deterioration from mode coupling.Finally, modulation instability and multiple FWM signal and idler lines are demonstrated in the 1 μm wavelength range in the developed large mode area fiber. This is enabled by operating in the LP07 mode, which has anomalous dispersion despite having a mode area of 618 μm2 at 1064 nm. In the experiments the maximum employed pump pulse energy was 105 μJ. This was restricted by the available laser since the fiber is capable of pulse energies of 540 μJ before the onset of dielectric breakdown. This represents a factor of 12 increase compared to photonic crystal fibers (PCFs) with similar anomalous dispersion characteristics. Also a peripheral result was obtained as a continuum from 680 to 1600 nm entirely in the LP07 mode was demonstrated

Online Research Database In Technology

Four Wave Mixing using Intermodal Nonlinearities

http://orbit.dtu.dk/ws/files/70763661/Thesis_lars_Rish_j_CMYK.pdf

Four Wave Mixing using Intermodal Nonlinearities

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology