Fase Conjugada e Conversões de Comprimento de Onda Transparente de Nyquist 16

Jun 05, 2023

Scientific Reports volume 6, Número do artigo: 22379 (2016) Citar este artigo

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Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 30 de setembro de 2021

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Fabricamos um dispositivo óptico não linear baseado em uma seção transversal de fibra trançada revestida com grafeno de camada única crescido pelo método de deposição química de vapor (CVD). Usando o dispositivo óptico não linear assistido por grafeno fabricado e empregando o sinal de modulação de amplitude em quadratura Nyquist 16-ary (16-QAM), demonstramos experimentalmente a conversão de comprimento de onda conjugada de fase por mistura de quatro ondas degenerada (FWM) e conversão de comprimento de onda transparente por FWM não degenerado em grafeno. Estudamos a eficiência de conversão em função da potência da bomba e do comprimento de onda da bomba e avaliamos o desempenho da taxa de erro de bits (BER). Também comparamos a sequência de símbolos variantes no tempo para as conversões de comprimento de onda transparente e conjugado de fase assistida por grafeno do sinal Nyquist 16-QAM.

O grafeno1, uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal em forma de favo de mel, é um bloco de construção básico de materiais de carbono bem conhecidos, como grafite, nanotubos de carbono e fulereno. O grafeno atraiu um alto nível de interesse de pesquisa por causa de suas propriedades eletrônicas e fotônicas excepcionais2,3,4,5. Possui estrutura de banda linear e sem massa E±(p) = ±V|p|, onde o sinal superior (inferior) corresponde à banda do elétron (buraco), p é o quasi-momento e V ≈ 106 m/s é o Velocidade Fermi. Recentemente, uma variedade de dispositivos fotônicos baseados em grafeno foi relatada, incluindo polarizadores de largura de banda larga6, fotodetectores ultrarrápidos7,8, moduladores de banda larga9,10, sensores altamente sensíveis11, lasers pulsados ​​de banda ultrarrápida e ultralarga12,13,14,15,16. Por possuir estrutura de banda linear que permite transições ópticas interbandas na faixa ultralarga (na faixa do infravermelho e visível), o grafeno tem sido sugerido como um material que pode ter grandes não linearidades χ(3)17. Como a resposta não linear do grafeno é essencialmente sem dispersão ao longo do comprimento de onda e muito mais forte em comparação com os semicondutores em massa, é naturalmente adaptável para o processo FWM. O FWM foi observado no grafeno em várias configurações, por exemplo, guia de ondas de cristal fotônico de silício de luz lenta18, grafeno depositado opticamente em virolas de fibra19 e grafeno baseado em microfibra20,21. Muito recentemente, Xu e colegas de trabalho22 relataram uma observação experimental da conversão de comprimento de onda baseada em FWM de um sinal de 10 Gb/s sem retorno a zero (NRZ) com grafeno esfoliado mecanicamente.

Sabe-se que o aumento da eficiência espectral tornou-se uma forma eficaz de escalonamento da taxa de dados23,24. Formatos avançados de modulação óptica tornaram-se de grande importância para permitir redes de transporte óptico de alta capacidade25 onde a função de conversão de comprimento de onda é altamente desejada. Os sinais de modelagem de pulso Nyquist têm sido amplamente utilizados em sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM). Além disso, a tecnologia Nyquist WDM pode transmitir vários canais de comprimento de onda diferentes em uma única fibra e exibir maior eficiência de espectro em contraste com o WDM convencional. Na conversão de comprimento de onda ajustável baseada em FWM anterior26, o formato de modulação avançada é chaveamento de mudança de fase em quadratura (QPSK) com informações de 2 bits codificadas em 1 símbolo. Neste trabalho, é adotado o sinal de modulação de amplitude em quadratura 16-ária (16-QAM) com informação de 4 bits codificada em 1 símbolo, que possui maior eficiência espectral27,28. Assim, a combinação do sinal de modelagem de pulso Nyquist e 16-QAM pode ser uma maneira atraente de aumentar ainda mais a eficiência espectral. Nesse cenário, um objetivo louvável seria desenvolver a conversão de comprimento de onda dos sinais de modelagem de pulso de Nyquist, explorando o dispositivo óptico não linear assistido por grafeno.

Neste artigo, considerando a combinação do sinal de formato de modulação óptica avançada (sinal de modelagem de pulso de Nyquist) e a não linearidade óptica de um dispositivo de fibra revestida de grafeno de camada única, mostramos uma observação experimental da conversão de comprimento de onda baseado em FWM degenerado/não degenerado de um 5 GB de sinal Nyquist 16-QAM. Estudamos as propriedades de ajuste de comprimento de onda e a eficiência de conversão como funções do comprimento de onda da bomba e da potência da bomba. Além disso, caracterizamos o desempenho da conversão de comprimento de onda Nyquist 16-QAM medindo o BER em função da relação sinal-ruído (OSNR) óptica recebida. A sequência de símbolos variável no tempo para conversão de comprimento de onda conjugado de fase por FWM degenerado e conversão de comprimento de onda transparente por FWM não degenerado também são medidas para comparação.