Propagação de sólitons em fibras óticas dissipativas
DOI:
https://doi.org/10.5433/1679-0375.2019v40n2p97Palavras-chave:
Comunicação Óptica, Soliton, Diferenças Finitas, Dissipação, Amplificação Não Linear.Resumo
Neste trabalho estudamos a propagação de solitons em fibras ópticas com perdas. O principal objetivo deste trabalho é estudar a perda de energia da onda soliton durante a propagação e avaliar o impacto dessa perda na transmissão do sinal soliton. Neste contexto, um esquema numérico foi desenvolvido para resolver um sistema de equações diferenciais parciais complexas (EDPC), que descreve a propagação de solitons em fibras óticas com mecanismos de perdas e de amplificações não-lineares. O procedimento numérico é baseado na teoria matemática das séries de Taylor para funções complexas. Adaptamos o método de diferenças finitas (MDF) para aproximar derivadas de funções complexas. Em seguida, resolvemos o sistema algébrico resultante da discretização, implicitamente, por meio do método de Gauss-Seidel com relaxamento (MGSR). O estudo numérico do sistema de EDPC com atenuação linear e cúbica mostrou que ondas soliton sofrem efeitos de atenuação, dispersão e oscilação. Por outro lado, verificamos que ao considerar o termo não linear (termo cúbico) como uma amplificação ótica é possível compensar parcialmente a atenuação do sinal ótico. Finalmente, mostramos que um ganho de 9 % triplica a distância de propagação da onda soliton fundamental, quando a taxa de dissipação é de 1 %.Métricas
Carregando Métricas ...
Referências
AGRAWAL, G. P. {\it Nonlinear Fiber Optics}. 6th ed., San Diego: Academic Press, 2019.
ALGETY SITE. In: https://www.crunchbase.com/organization/algety
ARTIGAS, D.; TORNER, L.; AKLMEDIEV, N. N. Dynamics of quadratic soliton excitation. {\it Optics Communications Journal}, v. 162, p. 347-356, 1999.
ASHRAF, R.; AHMAD, M. O.; YOUNIS, M.; ALI, K.; RIZVI, S. T. R. Dipole and Gausson soliton for ultrashort laser pulse with high order dispersion. {\it Superlattices and Microstructures}, v. 109, p.504-510, 2017.
CHEMNITZ, M.; GEGHARDT, M.; GAIDA, C.; STUTZKI, F.; KOBELKE, J.; LIMBERT, J.; TUNNERMANN, A.; SCHMIDT, M. A. Hybrid soliton dynamics in liquid-core fibers. {\it Nature Communications}, v. 8, p. 42-52, 2017.
CIRILO, E. R.; NATTI, P. L.; ROMEIRO, N. M. L.; NATTI, E. R. T. Determination of the optimal relaxation parameter in a numerical procedure of solitons propagation. {\it Revista Ciências Exatas e Naturais}, v. 10, p. 77-94, 2008.
CIRILO, E. R.; NATTI, P. L.; ROMEIRO, N. M. L.; NATTI, E. R. T.; OLIVEIRA, C. F. Soliton in ideal optical fibers – a numerical development. {\it Semina: Exact and Technological Sciences}, v. 31, p. 57-68, 2010.
EFTEKHAR, M. A.; EZNAVEH, Z. S.; AVILES, H. E. L.; BENIS, S.; LOPEZ, J. E. A.; KOLESIK, M.; WISE, F.; CORREA, R. A.; CHRISTODOULIDES, D. N. Accelerated nonlinear interactions in graded-index multimode fibers. {\it Nature Communications}, v.10, p. 1638-1647, 2019.
FUKUI, K.; KASAMATSU, T.; MORIE, M.; OHHIRA, R.; ITO, T.; SEKIYA, K.; OGASAHARA, D.; ONO, T. 10.92-Tb/s (273 x 40-Gb/s) triple-band ultra-dense WDM optical-repeatered transmission experiment," in {\it Optical Fiber Communication Conference and International Conference on Quantum Information}, OSA Technical Digest Series, paper PD24, 2001. In: https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=OFC-2001-PD24
GALLÉAS, W.; YMAI, L. H.; NATTI, P. L.; NATTI, E. R. T. Solitons wave in dieletric optical fibers (in Portuguese), {\it Revista Brasileira de Ensino de Física}, v. 25, p. 294-304, 2003.
KOHL R.; BISWAS, A.; MILOVIC, D.; ZERRAD, E. Optical soliton perturbation in a non-Kerr law media. {\it Optics \& Laser Technology}, v. 40, p. 647-662, 2008.
KUMAR, D. R.; RAO, B. P. Soliton interaction in birefringent optical fibers: Effects of nonlinear gain devices. {\it Optik}, v. 123, p. 117-124, 2012.
LATAS, S. C. V.; FERREIRA, M. F. S. Stable soliton propagation with self-frequency shift. {\it Mathematics and Computers in Simulation}, v. 74, p. 379-387, 2007.
LUO, J.; SUN, B.; JI, J.; TAN, E. L.; ZHANG, Y.; YU, X. High-efficiency femtosecond Raman soliton generation with a tunable wavelength beyond 2 $\mu$m. {\it Optics Letters}, v. 42, p. 1568-1571, 2017.
MENYUK, C. R.; SCHIEK, R.; TORNER L. Solitary waves due to $\chi^{(2)}$:$\chi^{(2)}$ cascading. {\it Journal of Optics of the Society American B – Optical Physics}, v. 11, p. 2434-2443, 1994.
OLIVEIRA, C. F.; NATTI, P. L.; CIRILO, E. R.; ROMEIRO, N. M. L.; NATTI, E. R. T. Numerical stability of solitons waves through splices in quadratic optical media. {\it Acta Scientiarum. Technology}, to appear in 2020.
PALMIERI, L.; SCHENATO, L. Distributed optical fiber sensing based on Rayleigh scattering. {\it The Open Optics Journal}, v. 7, p. 104-127, 2013.
QUEIROZ, D. A.; NATTI, P. L.; ROMEIRO, N. M. L.; NATTI, E. R. T. A numerical development of the dynamical equations of solitons in optical fibers (in Portuguese). {\it Semina: Exact and Technological Sciences}, v. 27, p. 121-128, 2006.
SMITH, N. J.; KNOX, F.M.; DORAN, N. J.; BLOW, K. J.; BENNION, I. Enhanced power solitons in optical fibres with periodic dispersion management. {\it Electronics Letters}, v. 32, p. 54-55, 1996.
TAYLOR, J. R. {\it Optical Solitons Theory and Experiment}. Cambridge: Cambridge University Press, 1992.
TRIKI, H.; BISWAS, A.; MILOVIC, D.; BELIC, M. Chirped femtosecond pulses in the higher-order nonlinear Schrodinger equation with non-Kerr nonlinear terms and cubic-quintic-septic nonlinearities. {\it Optics Communications}, v. 366, p. 362-369, 2016.
WANG, W. C.; ZHOU, B.; XU, S. H.; YANG, Z. M.; ZHANG, Q. Y. Recent advances in soft optical glass fiber lasers. {\it Progress in Material Sciences}, v. 101, p. 90-171, 2019.
WEN, B.; YANGBAO, D.; SHI, X.; FU, X. (2018). Evolution of finite-energy Airy pulse interaction with high-power soliton pulse in optical fiber with higher-order effects. {\it Optik}, v. 152, p. 61-68, 2018.
YAMAI, L. H.; GALLÉAS, W.; NATTI, P. L.; NATTI, E. R. T. Stability of solitons in $\chi^{2}$-type dielectric optical fibers (in Portuguese). {\it Revista Ciências Exatas e Naturais}, v. 6, p. 9-29, 2004.
YUSHKO, O. V.; REDYUK, A. A.; FEDORUK, M. P.; TURITSYN, S. K. Coherent soliton communication lines. {\it Journal of Experimental and Theoretical Physics}, v. 119, p. 787-794, 2014.
ZAJNULINA, M.; BOHN, M.; BODENMULLER, D.; BLOW, K.; BOGGIO, J. M. C.; RIEZNIK, A. A.; ROTH, M. M. Characteristics and stability of soliton crystals in optical fibres for the purpose of optical frequency comb generation. {\it Optics Communications}, v. 393, p. 95-102, 2017.
ALGETY SITE. In: https://www.crunchbase.com/organization/algety
ARTIGAS, D.; TORNER, L.; AKLMEDIEV, N. N. Dynamics of quadratic soliton excitation. {\it Optics Communications Journal}, v. 162, p. 347-356, 1999.
ASHRAF, R.; AHMAD, M. O.; YOUNIS, M.; ALI, K.; RIZVI, S. T. R. Dipole and Gausson soliton for ultrashort laser pulse with high order dispersion. {\it Superlattices and Microstructures}, v. 109, p.504-510, 2017.
CHEMNITZ, M.; GEGHARDT, M.; GAIDA, C.; STUTZKI, F.; KOBELKE, J.; LIMBERT, J.; TUNNERMANN, A.; SCHMIDT, M. A. Hybrid soliton dynamics in liquid-core fibers. {\it Nature Communications}, v. 8, p. 42-52, 2017.
CIRILO, E. R.; NATTI, P. L.; ROMEIRO, N. M. L.; NATTI, E. R. T. Determination of the optimal relaxation parameter in a numerical procedure of solitons propagation. {\it Revista Ciências Exatas e Naturais}, v. 10, p. 77-94, 2008.
CIRILO, E. R.; NATTI, P. L.; ROMEIRO, N. M. L.; NATTI, E. R. T.; OLIVEIRA, C. F. Soliton in ideal optical fibers – a numerical development. {\it Semina: Exact and Technological Sciences}, v. 31, p. 57-68, 2010.
EFTEKHAR, M. A.; EZNAVEH, Z. S.; AVILES, H. E. L.; BENIS, S.; LOPEZ, J. E. A.; KOLESIK, M.; WISE, F.; CORREA, R. A.; CHRISTODOULIDES, D. N. Accelerated nonlinear interactions in graded-index multimode fibers. {\it Nature Communications}, v.10, p. 1638-1647, 2019.
FUKUI, K.; KASAMATSU, T.; MORIE, M.; OHHIRA, R.; ITO, T.; SEKIYA, K.; OGASAHARA, D.; ONO, T. 10.92-Tb/s (273 x 40-Gb/s) triple-band ultra-dense WDM optical-repeatered transmission experiment," in {\it Optical Fiber Communication Conference and International Conference on Quantum Information}, OSA Technical Digest Series, paper PD24, 2001. In: https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=OFC-2001-PD24
GALLÉAS, W.; YMAI, L. H.; NATTI, P. L.; NATTI, E. R. T. Solitons wave in dieletric optical fibers (in Portuguese), {\it Revista Brasileira de Ensino de Física}, v. 25, p. 294-304, 2003.
KOHL R.; BISWAS, A.; MILOVIC, D.; ZERRAD, E. Optical soliton perturbation in a non-Kerr law media. {\it Optics \& Laser Technology}, v. 40, p. 647-662, 2008.
KUMAR, D. R.; RAO, B. P. Soliton interaction in birefringent optical fibers: Effects of nonlinear gain devices. {\it Optik}, v. 123, p. 117-124, 2012.
LATAS, S. C. V.; FERREIRA, M. F. S. Stable soliton propagation with self-frequency shift. {\it Mathematics and Computers in Simulation}, v. 74, p. 379-387, 2007.
LUO, J.; SUN, B.; JI, J.; TAN, E. L.; ZHANG, Y.; YU, X. High-efficiency femtosecond Raman soliton generation with a tunable wavelength beyond 2 $\mu$m. {\it Optics Letters}, v. 42, p. 1568-1571, 2017.
MENYUK, C. R.; SCHIEK, R.; TORNER L. Solitary waves due to $\chi^{(2)}$:$\chi^{(2)}$ cascading. {\it Journal of Optics of the Society American B – Optical Physics}, v. 11, p. 2434-2443, 1994.
OLIVEIRA, C. F.; NATTI, P. L.; CIRILO, E. R.; ROMEIRO, N. M. L.; NATTI, E. R. T. Numerical stability of solitons waves through splices in quadratic optical media. {\it Acta Scientiarum. Technology}, to appear in 2020.
PALMIERI, L.; SCHENATO, L. Distributed optical fiber sensing based on Rayleigh scattering. {\it The Open Optics Journal}, v. 7, p. 104-127, 2013.
QUEIROZ, D. A.; NATTI, P. L.; ROMEIRO, N. M. L.; NATTI, E. R. T. A numerical development of the dynamical equations of solitons in optical fibers (in Portuguese). {\it Semina: Exact and Technological Sciences}, v. 27, p. 121-128, 2006.
SMITH, N. J.; KNOX, F.M.; DORAN, N. J.; BLOW, K. J.; BENNION, I. Enhanced power solitons in optical fibres with periodic dispersion management. {\it Electronics Letters}, v. 32, p. 54-55, 1996.
TAYLOR, J. R. {\it Optical Solitons Theory and Experiment}. Cambridge: Cambridge University Press, 1992.
TRIKI, H.; BISWAS, A.; MILOVIC, D.; BELIC, M. Chirped femtosecond pulses in the higher-order nonlinear Schrodinger equation with non-Kerr nonlinear terms and cubic-quintic-septic nonlinearities. {\it Optics Communications}, v. 366, p. 362-369, 2016.
WANG, W. C.; ZHOU, B.; XU, S. H.; YANG, Z. M.; ZHANG, Q. Y. Recent advances in soft optical glass fiber lasers. {\it Progress in Material Sciences}, v. 101, p. 90-171, 2019.
WEN, B.; YANGBAO, D.; SHI, X.; FU, X. (2018). Evolution of finite-energy Airy pulse interaction with high-power soliton pulse in optical fiber with higher-order effects. {\it Optik}, v. 152, p. 61-68, 2018.
YAMAI, L. H.; GALLÉAS, W.; NATTI, P. L.; NATTI, E. R. T. Stability of solitons in $\chi^{2}$-type dielectric optical fibers (in Portuguese). {\it Revista Ciências Exatas e Naturais}, v. 6, p. 9-29, 2004.
YUSHKO, O. V.; REDYUK, A. A.; FEDORUK, M. P.; TURITSYN, S. K. Coherent soliton communication lines. {\it Journal of Experimental and Theoretical Physics}, v. 119, p. 787-794, 2014.
ZAJNULINA, M.; BOHN, M.; BODENMULLER, D.; BLOW, K.; BOGGIO, J. M. C.; RIEZNIK, A. A.; ROTH, M. M. Characteristics and stability of soliton crystals in optical fibres for the purpose of optical frequency comb generation. {\it Optics Communications}, v. 393, p. 95-102, 2017.
Downloads
Publicado
2019-12-18
Como Citar
Dall’Agnol, C., Natti, P. L., Cirilo, E. R., Romeiro, N. M. L., & TakanoNatti, Érica R. (2019). Propagação de sólitons em fibras óticas dissipativas. Semina: Ciências Exatas E Tecnológicas, 40(2), 97–106. https://doi.org/10.5433/1679-0375.2019v40n2p97
Edição
Seção
Artigos
Licença
Os Direitos Autorais para artigos publicados nesta revista são de direito do autor. Em virtude de aparecerem nesta revista de acesso público, os artigos são de uso gratuito, com atribuições próprias, em aplicações educacionais e não-comerciais. A revista se reserva o direito de efetuar, nos originais, alterações de ordem normativa, ortográfica e gramatical, com vistas a manter o padrão culto da língua e a credibilidade do veículo. Respeitará, no entanto, o estilo de escrever dos autores. Alterações, correções ou sugestões de ordem conceitual serão encaminhadas aos autores, quando necessário. Nesses casos, os artigos, depois de adequados, deverão ser submetidos a nova apreciação. As opiniões emitidas pelos autores dos artigos são de sua exclusiva responsabilidade.
Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0 Internacional.
