Фазово-сопряженные и прозрачные преобразования длин волн Найквиста 16

Jun 05, 2023

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 22379 (2016) Цитировать эту статью

1474 Доступа

8 цитат

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье была опубликована 30 сентября 2021 г.

Эта статья была обновлена

Мы изготовили нелинейное оптическое устройство на основе поперечного сечения оптоволокна, покрытого однослойным графеном, выращенным методом химического осаждения из паровой фазы (CVD). Используя изготовленное нелинейное оптическое устройство с использованием графена и сигнал Найквиста с квадратурной амплитудной модуляцией 16 (16-QAM), мы экспериментально демонстрируем обращенное по фазе преобразование длины волны с помощью вырожденного четырехволнового смешения (FWM) и прозрачное преобразование длины волны с помощью невырожденного FWM. в графене. Мы изучаем эффективность преобразования как функцию мощности накачки и длины волны накачки и оцениваем коэффициент ошибок по битам (BER). Мы также сравниваем изменяющуюся во времени последовательность символов для обращенного по фазе и прозрачного преобразования длины волны с помощью графена сигнала Найквиста 16-QAM.

Графен-1, один слой атомов углерода, расположенных в гексагональной сотовой решетке, является основным строительным блоком известных углеродных материалов, таких как графит, углеродные нанотрубки и фуллерен. Графен привлек высокий исследовательский интерес из-за своих исключительных электронных и фотонных свойств2,3,4,5. Он имеет линейную безмассовую зонную структуру E±(p) = ±V|p|, где верхний (нижний) знак соответствует электронной (дырочной) зоне, p — квазиимпульс, V ≈ 106 м/с — Скорость Ферми. Недавно сообщалось о различных фотонных устройствах на основе графена, включая широкополосные поляризаторы6, сверхбыстрые фотодетекторы7,8, широкополосные модуляторы9,10, высокочувствительные датчики11, сверхбыстрые и сверхширокополосные импульсные лазеры12,13,14,15,16. Из-за наличия линейной зонной структуры, которая допускает межзонные оптические переходы в сверхширокополосном диапазоне (в инфракрасном и видимом диапазонах), графен был предложен как материал, который может иметь большие нелинейности χ(3)17. Поскольку нелинейный отклик графена практически не имеет дисперсии по длине волны и намного сильнее по сравнению с объемными полупроводниками, он естественным образом адаптируется к процессу FWM. FWM наблюдался в графене в различных конфигурациях, например, в графен-кремниевом фотонно-кристаллическом волноводе медленного света18, в графене, оптически нанесенном на наконечники волокна19, и в графене на основе микроволокна20,21. Совсем недавно Сюй и его коллеги22 сообщили об экспериментальном наблюдении преобразования длины волны на основе FWM сигнала без возврата к нулю (NRZ) со скоростью 10 Гбит / с с помощью механически расслаенного графена.

Хорошо известно, что повышение спектральной эффективности стало эффективным способом увеличения скорости передачи данных23,24. Усовершенствованные форматы оптической модуляции приобрели большое значение для создания оптических транспортных сетей высокой пропускной способности25, где крайне необходима функция преобразования длины волны. Сигналы формирования импульсов Найквиста широко используются в системах мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM). Более того, технология Nyquist WDM может передавать несколько каналов с разными длинами волн по одному волокну и обеспечивать более высокую эффективность использования спектра по сравнению с традиционным WDM. В предыдущем преобразовании длины волны на основе FWM26 усовершенствованным форматом модуляции была квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) с 2-битной информацией, закодированной в 1 символе. В этой работе принят сигнал 16-значной квадратурной амплитудной модуляции (16-QAM) с 4-битной информацией, закодированной в 1 символе, который обладает более высокой спектральной эффективностью27,28. Таким образом, комбинация сигнала формирования импульса Найквиста и 16-QAM может быть привлекательным способом дальнейшего повышения спектральной эффективности. В этом сценарии похвальной целью могла бы стать разработка преобразования длины волны сигналов формирования импульса Найквиста путем использования нелинейного оптического устройства на основе графена.

В этой статье, рассматривая комбинацию сигнала расширенного формата оптической модуляции (сигнал формирования импульса Найквиста) и оптическую нелинейность однослойного волоконного устройства с графеновым покрытием, мы показываем экспериментальное наблюдение вырожденного/невырожденного преобразования длины волны на основе FWM Сигнал Найквиста 16-QAM со скоростью 5 Гбод. Мы изучаем свойства настройки длины волны и эффективность преобразования в зависимости от длины волны накачки и мощности накачки. Кроме того, мы характеризуем производительность преобразования длины волны 16-QAM Найквиста путем измерения BER как функции полученного отношения оптического сигнала к шуму (OSNR). Для сравнения также измеряется изменяющаяся во времени последовательность символов для преобразования обращенной длины волны с помощью вырожденного FWM и прозрачного преобразования длины волны с помощью невырожденного FWM.