Mode-locking using right-angle waveguide, based nanotube saturable absorber

We report passive mode-locking of an Er-doped fiber laser using carbon nanotubes deposited on the facet of a right-angle optical waveguide. © 2013 IEEE.

Mid-infrared Raman-soliton continuum pumped by a nanotube-mode-locked sub-picosecond Tmdoped MOPFA

We demonstrate a mid-infrared Raman-soliton continuum extending from 1.9 to 3 μm in a highly germanium-doped silica-clad fiber, pumped by a nanotube mode-locked thulium-doped fiber system, delivering 12 kW sub-picosecond pulses at 1.95 μm. This simple and robust source of light covers a portion of the atmospheric transmission window. © 2013 Optical Society of America.

Evanescent-wave coupled right angled buried waveguide: Applications in carbon nanotube mode-locking

We present an evanescent-field device based on a right-angled waveguide. This consists of orthogonal waveguides, with their points of intersection lying along an angled facet of the chip. Light guided along one waveguide is incident at the angled dielectric-air facet at an angle exceeding the critical angle, so that the totally internally reflected light is coupled into the second waveguide. By depositing a nanotube film on the angled surface, the chip is then used to mode-lock an Erbium doped fiber ring laser with a repetition rate of 26 MHz, and pulse duration of 800 fs. © 2013 AIP Publishing LLC.

Double-wall carbon nanotubes for wide-band, ultrafast pulse generation.

We demonstrate wide-band ultrafast optical pulse generation at 1, 1.5, and 2 μm using a single-polymer composite saturable absorber based on double-wall carbon nanotubes (DWNTs). The freestanding optical quality polymer composite is prepared from nanotubes dispersed in water with poly(vinyl alcohol) as the host matrix. The composite is then integrated into ytterbium-, erbium-, and thulium-doped fiber laser cavities. Using this single DWNT-polymer composite, we achieve 4.85 ps, 532 fs, and 1.6 ps mode-locked pulses at 1066, 1559, and 1883 nm, respectively, highlighting the potential of DWNTs for wide-band ultrafast photonics.

Generation of 207-femtosecond pulses from a ytterbium figure-of-eight fibre laser

We report the generation of 207-fs pulses with 1.2mW average power at 1036 nm directly from a passively mode-locked Yb-doped fibre laser with a nonlinear optical loop mirror for mode-locking and pairs of diffraction gratings for intracavity dispersion compensation. These results imply a 4-fold reduction in pulse duration over previously reported figure-of-eight cavity passively mode-locked Yb-doped fibre lasers. Stable pulse trains are produced at the fundamental repetition rate of the resonator, 24.0MHz. On the other hand, this laser offers a cleaner spectrum and greater stability and is completely self-starting.

Self-Assembled Growth of Agln(MoO4)(2) Submicroplates into Hierarchical Structures and Their Near-Infrared Luminescent Properties

Layer-controlled hierarchical flowerlike AgIn(MoO4)(2) microstructures with "clean" surfaces using submicroplates as building blocks without introducing any template have been fabricated through a low-cost hydrothermal method. The near-infrared luminescence of lanthanide ion (Nd, Er, and Yb) doped AgIn(MoO4)(2) microstructures, in the 1300-1600 nm region, was discussed and is of particular interest for telecommunication applications. X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, electron diffraction, and photoluminescence spectra were used to characterize these materials.

Estudo e aplicação de amplificadores ópticos para suporte a redes banda larga

Esta tese tem como foco principal a análise dos principais tipos de amplificação óptica e algumas de suas aplicações em sistemas de comunicação óptica. Para cada uma das tecnologias abordadas, procurou-se definir o estado da arte bem como identificar as oportunidades de desenvolvimento científico relacionadas. Os amplificadores para os quais foi dirigido alguma atenção neste documento foram os amplificadores em fibra dopada com Érbio (EDFA), os amplificadores a semicondutor (SOA) e os amplificadores de Raman (RA). Este trabalho iniciou-se com o estudo e análise dos EDFA’s. Dado o interesse científico e económico que estes amplificadores têm merecido, apenas poucos nichos de investigação estão ainda em aberto. Dentro destes, focá-mo-nos na análise de diferentes perfis de fibra óptica dopada de forma a conseguir uma optimização do desempenho dessas fibras como sistemas de amplificação. Considerando a fase anterior do trabalho como uma base de modelização para sistemas de amplificação com base em fibra e dopantes, evoluiu-se para amplificadores dopados mas em guias de onda (EDWA). Este tipo de amplificador tenta reduzir o volume físico destes dispositivos, mantendo as suas características principais. Para se ter uma forma de comparação de desempenho deste tipo de amplificador com os amplificadores em fibra, foram desenvolvidos modelos de caixa preta (BBM) e os seus parâmetros afinados por forma a termos uma boa modelização e posterior uso deste tipo de amplificiadores em setups de simulação mais complexos. Depois de modelizados e compreendidos os processo em amplificadores dopados, e com vista a adquirir uma visão global comparativa, foi imperativo passar pelo estudo dos processos de amplificação paramétrica de Raman. Esse tipo de amplificação, sendo inerente, ocorre em todas as bandas de propagação em fibra e é bastante flexível. Estes amplificadores foram inicialmente modelizados, e algumas de suas aplicações em redes passivas de acesso foram estudadas. Em especial uma série de requisitos, como por exemplo, a gama de comprimentos de onda sobre os quais existem amplificação e os altos débitos de perdas de inserção, nos levaram à investigação de um processo de amplificação que se ajustasse a eles, especialmente para buscar maiores capacidades de amplificação (nomeadamente longos alcances – superiores a 100 km – e altas razões de divisão – 1:512). Outro processo investigado foi a possibilidade de flexibilização dos parâmetros de comprimento de onda de ganho sem ter que mudar as caractísticas da bomba e se possível, mantendo toda a referenciação no transmissor. Este processo baseou-se na técnica de clamping de ganho já bastante estudada, mas com algumas modificações importantes, nomeadamente a nível do esquema (reflexão apenas num dos extremos) e da modelização do processo. O processo resultante foi inovador pelo recurso a espalhamentos de Rayleigh e Raman e o uso de um reflector de apenas um dos lados para obtenção de laser. Este processo foi modelizado através das equações de propagação e optimizado, tendo sido demonstrado experimentalmente e validado para diferentes tipos de fibras. Nesta linha, e dada a versatilidade do modelo desenvolvido, foi apresentada uma aplicação mais avançada para este tipo de amplificadores. Fazendo uso da sua resposta ultra rápida, foi proposto e analisado um regenerador 2R e analisada por simulação a sua gama de aplicação tendo em vista a sua aplicação sistémica. A parte final deste trabalho concentrou-se nos amplificadores a semiconductor (SOA). Para este tipo de amplificador, os esforços foram postos mais a nível de aplicação do que a nível de sua modelização. As aplicações principais para estes amplificadores foram baseadas em clamping óptico do ganho, visando a combinação de funções lógicas essenciais para a concepção de um latch óptico com base em componentes discretos. Assim, com base num chip de ganho, foi obtido uma porta lógica NOT, a qual foi caracterizada e demonstrada experimentalmente. Esta foi ainda introduzida num esquema de latching de forma a produzir um bi-estável totalmente óptico, o qual também foi demonstrado e caracterizado. Este trabalho é finalizado com uma conclusão geral relatando os subsistemas de amplificação e suas aplicacações.

Alternative techniques for Raman amplification in telecommunications

O presente trabalho centra-se no estudo dos amplificadores de Raman em fibra ótica e suas aplicações em sistemas modernos de comunicações óticas. Abordaram-se tópicos específicos como a simulação espacial do amplificador de Raman, a equalização e alargamento do ganho, o uso de abordagens híbridas de amplificação através da associação de amplificadores de Raman em fibra ótica com amplificadores de fibra dopada com Érbio (EDFA) e os efeitos transitórios no ganho dos amplificadores. As actividades realizadas basearam-se em modelos teóricos, sendo os resultados validados experimentalmente. De entre as contribuições mais importantes desta tese, destaca-se (i) o desenvolvimento de um simulador eficiente para amplificadores de Raman que suporta arquitecturas de bombeamento contraprogantes e bidirecionais num contexto com multiplexagem no comprimento de onda (WDM); (ii) a implementação de um algoritmo de alocação de sinais de bombeamento usando a combinação do algoritmo genético com o método de Nelder- Mead; (iii) a apreciação de soluções de amplificação híbridas por associação dos amplificadores de Raman com EDFA em cenários de redes óticas passivas, nomeadamente WDM/TDM-PON com extensão a região espectral C+L; e (iv) a avaliação e caracterização de fenómenos transitórios em amplificadores para tráfego em rajadas/pacotes óticos e consequente desenvolvimento de soluções de mitigação baseadas em técnicas de clamping ótico.

Studies on pulp propogation in single mode optical fibres

Studies on pulse propagation in single mode optical fibers have attracted interest from a wide area of science and technology as they have laid down the foundation for an in-depth understanding of the underlying physical principles, especially in the field of optical telecommunications. The foremost among them is discovery of the optical soliton which is considered to be one of the most significant events of the twentieth century owing to its fantastic ability to propagate undistorted over long distances and to remain unaflected after collision with each other. To exploit the important propertia of optical solitons, innovative mathematical models which take into account proper physical properties of the single mode optical fibers demand special attention. This thesis contains a theoretical analysis of the studies on soliton pulse propagation in single mode optical fibers.

Study of the most suitable new glass laser to incorporate ytterbium: alkali niobium tellurite, lead fluorborate or heavy metal oxide

Diode-pumped Yb-doped glass lasers have received considerable attention for applications such as high-power beam production or femtosecond pulses generation. In this paper, we evaluate the laser potential of three different glass families doped with Yb3+ : alkali lead fluorborate (PbO-PbF2-B2O3), heavy metal oxide (Bi2O3-PbO-Ga2O3) and niobium tellurite (TeO2-Nb2O5-K2O-Li2O). Spectroscopic properties were studied for the samples and calculations of the minimum laser pump intensity (I-min), saturation fluence (U-sat) and the theoretical limit of peak power (P-max) are also presented. A comparison of laser properties of these three different glasses and their importance is shown and analyzed. (C) 2002 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Elimination of All-Optical Cycles in Wavelength-Routed Optical Networks

A transparent (wide-area) wavelength-routed optical network may be constructed by using wavelength cross-connect switches connected together by fiber to form an arbitrary mesh structure. The network is accessed through electronic stations that are attached to some of these cross-connects. These wavelength cross-connect switches have the property that they may configure themselves into unspecified states. Each input port of a switch is always connected to some output port of the switch whether or not such a connection is required for the purpose of information transfer. Due to the presence of these unspecified states, there exists the possibility of setting up unintended alloptical cycles in the network (viz., a loop with no terminating electronics in it). If such a cycle contains amplifiers [e.g., Erbium- Doped Fiber Amplifiers (EDFA’s)], there exists the possibility that the net loop gain is greater than the net loop loss. The amplified spontaneous emission (ASE) noise from amplifiers can build up in such a feedback loop to saturate the amplifiers and result in oscillations of the ASE noise in the loop. Such all-optical cycles as defined above (and hereafter referred to as “white” cycles) must be eliminated from an optical network in order for the network to perform any useful operation. Furthermore, for the realistic case in which the wavelength cross-connects result in signal crosstalk, there is a possibility of having closed cycles with oscillating crosstalk signals. We examine algorithms that set up new transparent optical connections upon request while avoiding the creation of such cycles in the network. These algorithms attempt to find a route for a connection and then (in a post-processing fashion) configure switches such that white cycles that might get created would automatically get eliminated. In addition, our call-set-up algorithms can avoid the possibility of crosstalk cycles.

Estudio de limitaciones en sistemas WDM

Los avances tecnológicos de los últimos años han modificado el panorama de las comunicaciones ópticas. Los amplificadores EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) han alterado dos aspectos fundamentales de los sistemas WDM (Wavelength Division Multiplexing): el aumento considerable de las distancias de regeneración y además, la tecnología WDM es un medio más económico de incrementar la capacidad de los sistemas que la tecnología TDM (Time Division Multiplexing). Sin embargo, la implementación de sistemas WDM con grandes tramos sin regeneración de señal óptica trae consigo la aparición de nuevos problemas, entre los que se encuentran las no-linealidades en fibra óptica. Estas no-linealidades en fibras de sílice se pueden clasificar en dos categorías: dispersión estimulada (de Raman y de Brillouin) y efectos debidos al índice no lineal de refracción (automodulación y modulación cruzada de fase y mezcla de cuatro ondas). Este Proyecto Fin de Carrera pretende ser un estudio teórico que refleje el actual Estado del Arte de los principales efectos no-lineales que se producen en los sistemas WDM: dispersión estimulada de Raman (SRS, Stimulated Raman Scattering), dispersión estimulada de Brillouin (SBS,Stimulated Brilfouin Scattering), automodulación de fase (SPM, Self-Phase Modulation), modulación cruzada de fase (XPM, Cross-Phase Modulation) y mezcla de cuatro ondas (FWM, Four-Wave Mixing).

Estudio de la inserción de regeneradores 1r en un enlace óptico WDM punto a punto mediante herramientas CAD

El objetivo de este proyecto es estudiar el posicionamiento óptimo de un amplificador óptico dopado con Erbio (EDFA, Erbium-Doped Fiber Amplifier) en un enlace de fibra óptica punto a punto a través de la herramienta de simulación VPI photonics. Primero, se han expuesto los principios físicos que definen el funcionamiento de este tipo de amplificadores 1R. Posteriormente se han realizado lo que hemos denominado escenarios, en los que se han diseñado distintos casos de estudio.

Experimental implementation of a biometric laser synaptic sensor

We fabricate a biometric laser fiber synaptic sensor to transmit information from one neuron cell to the other by an optical way. The optical synapse is constructed on the base of an erbium-doped fiber laser, whose pumped diode current is driven by a pre-synaptic FitzHugh–Nagumo electronic neuron, and the laser output controls a post-synaptic FitzHugh–Nagumo electronic neuron. The implemented laser synapse displays very rich dynamics, including fixed points, periodic orbits with different frequency-locking ratios and chaos. These regimes can be beneficial for efficient biorobotics, where behavioral flexibility subserved by synaptic connectivity is a challenge.

Photonic crystal fibers design for 2 μm wavelenght operation

New photonic crystal fiber designs are presented and numerically investigated in order to improve the state of art of high power fiber lasers. The focus of this work is targeted on the region of 2 μm laser emission, which is of high interest due to its eye-safe nature and due to the large amount of applications permitted. Thulium doped fiber amplifiers are suitable for emitting in this region. Different fiber designs have been proposed, both flexible and rod-type, with the aim to enlarge mode area while maintaining robust single mode operation. The analysis of thermal effects, caused by the high thulium quantum defect, have been taken in consideration. Solutions to counteract issues derived by detrimental thermal effects have been implemented.