Conversioni di lunghezze d'onda coniugate e trasparenti di Nyquist 16

Aug 13, 2023

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 22379 (2016) Citare questo articolo

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Realizziamo un dispositivo ottico non lineare basato su una sezione trasversale a spirale in fibra rivestita con un grafene a strato singolo coltivato mediante il metodo di deposizione chimica in fase vapore (CVD). Utilizzando il dispositivo ottico non lineare fabbricato assistito da grafene e impiegando il segnale di modulazione di ampiezza in quadratura 16-ary Nyquist (16-QAM), dimostriamo sperimentalmente la conversione della lunghezza d'onda coniugata in fase mediante miscelazione degenerata di quattro onde (FWM) e la conversione trasparente della lunghezza d'onda mediante FWM non degenerato nel grafene. Studiamo l'efficienza di conversione in funzione della potenza della pompa e della lunghezza d'onda della pompa e valutiamo le prestazioni del tasso di errore di bit (BER). Confrontiamo anche la sequenza di simboli variabile nel tempo per le conversioni di lunghezza d'onda coniugate e trasparenti di fase assistita da grafene del segnale Nyquist 16-QAM.

Il grafene1, un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale a nido d'ape, è un elemento fondamentale di materiali di carbonio ben noti come grafite, nanotubi di carbonio e fullerene. Il grafene ha attirato un alto livello di interesse nella ricerca grazie alle sue eccezionali proprietà elettroniche e fotoniche2,3,4,5. Ha una struttura a bande lineare e priva di massa E±(p) = ±V|p|, dove il segno superiore (inferiore) corrisponde alla banda dell'elettrone (lacuna), p è il quasi-momento e V ≈ 106 m/s è il Velocità di Fermi. Recentemente sono stati segnalati una varietà di dispositivi fotonici basati su grafene, tra cui polarizzatori a larghezza di banda ampia6, fotorilevatori ultraveloci7,8, modulatori a banda larga9,10, sensori altamente sensibili11, laser pulsati ultraveloci e a banda ultralarga12,13,14,15,16. Poiché possiede una struttura a banda lineare che consente transizioni ottiche interbanda nella banda ultralarga (attraverso la gamma dell'infrarosso e del visibile), il grafene è stato suggerito come materiale che potrebbe avere grandi non linearità χ(3)17. Poiché la risposta non lineare del grafene è essenzialmente priva di dispersione sulla lunghezza d'onda e molto più forte rispetto ai semiconduttori sfusi, è naturalmente adattabile al processo FWM. La FWM è stata osservata nel grafene in varie configurazioni, ad esempio guida d'onda a cristallo fotonico di grafene-silicio a luce lenta18, grafene depositato otticamente su ghiere di fibra19 e grafene basato su microfibra20,21. Molto recentemente, Xu e colleghi22 hanno riportato un'osservazione sperimentale della conversione della lunghezza d'onda basata su FWM di un segnale di non ritorno a zero (NRZ) da 10 Gb/s con grafene esfoliato meccanicamente.

È noto che l'aumento dell'efficienza spettrale è diventato un modo efficace per aumentare la velocità dei dati23,24. I formati avanzati di modulazione ottica sono diventati di grande importanza per consentire reti di trasporto ottico ad alta capacità25 dove la funzione di conversione della lunghezza d'onda è altamente desiderata. I segnali di modellazione degli impulsi di Nyquist sono stati ampiamente utilizzati nei sistemi WDM (wavelength-division multiplexing). Inoltre, la tecnologia WDM Nyquist può trasmettere un numero di canali di lunghezze d'onda diverse in un'unica fibra e mostrare un'efficienza dello spettro più elevata rispetto al WDM convenzionale. Nella precedente conversione di lunghezza d'onda sintonizzabile basata su FWM26, il formato di modulazione avanzato è la codifica a spostamento di fase in quadratura (QPSK) con informazioni a 2 bit codificate in 1 simbolo. In questo lavoro viene adottato il segnale di modulazione di ampiezza in quadratura a 16 ari (16-QAM) con informazioni a 4 bit codificate in 1 simbolo, che possiede una maggiore efficienza spettrale27,28. Pertanto, la combinazione del segnale di modellazione dell'impulso di Nyquist e del 16-QAM può essere un modo interessante per aumentare ulteriormente l'efficienza spettrale. In questo scenario, un obiettivo lodevole sarebbe quello di sviluppare la conversione della lunghezza d'onda dei segnali di modellazione degli impulsi di Nyquist sfruttando un dispositivo ottico non lineare assistito da grafene.

In questo articolo, considerando la combinazione del segnale di formato di modulazione ottica avanzata (segnale di modellazione dell'impulso di Nyquist) e la non linearità ottica di un dispositivo in fibra rivestita di grafene a strato singolo, mostriamo un'osservazione sperimentale della conversione della lunghezza d'onda basata su FWM degenerata/non degenerata di un Segnale Nyquist 16-QAM da 5 Gbaud. Studiamo le proprietà di sintonizzazione della lunghezza d'onda e l'efficienza di conversione in funzione della lunghezza d'onda e della potenza della pompa. Inoltre, caratterizziamo le prestazioni della conversione della lunghezza d'onda Nyquist 16-QAM misurando il BER in funzione del rapporto segnale-rumore ottico ricevuto (OSNR). A scopo comparativo vengono misurate anche le sequenze di simboli variabili nel tempo per la conversione di lunghezze d'onda coniugate in fase mediante FWM degenere e la conversione di lunghezze d'onda trasparenti mediante FWM non degenerato.