Analysis and application of nonlinear amplification effects in single-mode optical fibers

Questa tesi è focalizzata sulla generazione e sull’elaborazione completamente ottiche di segnali attraverso fenomeni di amplificazione non lineare in fibre ottiche a singolo modo. Tre diversi oscillatori non lineari in fibra ottica sono investigati e dimostrati sperimentalmente. Una pompa ad onda continua per amplificatori Raman in fibra, sviluppata con l’obiettivo di ottenere un alto grado di polarizzazione, sintonizzabilità e soppressione dell’effetto Brillouin, è presentata, discussa e utilizzata al fine di ottenere attrazione di polarizzazione non lineare. Un oscillatore in fibra ottica con sintonia veloce su un’ampia banda basato sugli effetti di amplificazione Raman e di amplificazione parametrica a banda stretta e a banda larga, che sfrutta la tecnica di sintonia mediante dispersione temporale (time-dispersion tuning), è dimostrato e caratterizzato. Ciascuno degli effetti non lineari domina in una diversa regione spettrale, cosicché l’oscillatore raggiunge un intervallo di sintonia di 160 nm. Attraverso lo stesso metodo di sintonia mediante dispersione temporale, un comb ottico in fibra con sintonia veloce, basato sull’effetto di miscelazione a quattro onde a cascata, è ottenuto usando una singola pompa, evitando così i limiti di purezza spettrale e di stabilità di frequenza e di fase dei sistemi a doppia pompa. Infine, il controllo dello stato e del grado di polarizzazione, attraverso l’attrazione di polarizzazione non lineare in amplificatori Raman in fibra ottica standard con birifrangenza aleatoria, è studiato, analizzato e caratterizzato. L’analisi, che include gli effetti di svuotamento della pompa, della rotazione non lineare di polarizzazione e di guadagno Raman ortogonale, mostra che gli amplificatori Raman contro-propaganti sono efficaci nell’attrarre il segnale verso uno stato di polarizzazione predeterminato e imposto dallo stato di polarizzazione di ingresso della pompa. Viene inoltre discussa l’importanza del ruolo dello svuotamento della pompa nell’ottenere la ripolarizzazione del segnale in fibre con dispersione dei modi di polarizzazione moderatamente alta. Le prestazioni e i limiti dell’efficienza di ripolarizzazione vengono determinati portando ad una relazione quantitativa tra il grado di polarizzazione e il guadagno dell’amplificatore Raman, relazione che rappresenta un limite superiore sul massimo grado di polarizzazione raggiungibile.