Comparison between femtosecond laser and fusion-arc inscribed long period gratings in photonic crystal fibre

The use of high intensity femtosecond laser sources for inscribing fibre gratings has attained significant interest. The principal advantage of high-energy pulses is their ability for grating inscription in any material type without preprocessing or special core doping. In the field of fibre optical sensing LPGs written in photonic crystal fibre have a distinct advantage of low temperature sensitivity over gratings written in conventional fibre and thus minimal temperature cross-sensitivity. Previous studies have indicated that LPGs written by a point-by-point inscription scheme using a low repetition femtosecond laser exhibit post-fabrication evolution leading to temporal instabilities at room temperatures with respect to spectral location, strength and birefringence of the attenuation bands. These spectral instabilities of LPGs are studied in photonic crystal fibres (endlessly single mode microstructure fibre) to moderately high temperatures 100°C to 200°C and their performance compared to fusion-arc fabricated LPG. Initial results suggest that the fusion-arc fabricated LPG demonstrate less spectral instability for a given constant and moderate temperature, and are similar to the results obtained when inscribed in a standard single mode fibre.

73.7 Tb/s (96 x 3 x 256-Gb/s) mode-division-multiplexed DP-16QAM transmission with inline MM-EDFA

Transmission of a 73.7 Tb/s (96x3x256-Gb/s) DP-16QAM mode-division-multiplexed signal over 119km of few-mode fiber transmission line incorporating an inline multi mode EDFA and a phase plate based mode (de-)multiplexer is demonstrated. Data-aided 6x6 MIMO digital signal processing was used to demodulate the signal. The total demonstrated net capacity, taking into account 20% of FEC-overhead and 7.5% additional overhead (Ethernet and training sequences), is 57.6 Tb/s, corresponding to a spectral efficiency of 12 bits/s/Hz.

Enhanced spectral sensitivity of fibre long period gratings to refractive index of aqueous solutions utilising copper patterned coatings

A set of long period grating devices have been fabricated in photosensitive single mode fibre coated with a series of copper rings (period of 380μm, 50% duty cycle and length of 4cm). The long period gratings were inscribed with a uniform UV-laser exposure across the entire length of the copper ring patterned coating. The devices ranged in copper thickness from 0.5μm to 1.5μm. In addition, a control long period grating was fabricated in the same type of fibre with the same period for comparison. The refractive index and temperature spectral sensitivity of these devices were investigated and it was found that the index and temperature sensitivity is a function of the thickness of the copper rings, as supported by theoretical modelling. Furthermore, the index sensitivity of these devices in the 1.333 index region is greater than the control long period grating. The patterned 0.5μm coated long period grating gave a sensitivity of Δλ/Δn = -74 nm leading to a resolution of 1.4×10-3 compared to the control which had a sensitivity of Δλ/Δn = -32 nm with a resolution of 3.2×10-3 in the index region of 1.320 to 1.380 (aqueous solution regime). This demonstrates a two fold increase in the sensitivity. This novel fibre long period grating device shows potential for increasing the resolution of measurements of the index of aqueous solutions.

Quasi-lossless transmission using second-order Raman amplification and fibre Bragg gratings

A novel distributed amplification scheme for quasi-lossless transmission is presented. The system is studied numerically and shown to be able to strongly reduce signal power variations in comparison with currently employed schemes of similar complexity. As an example, variations of less than 3.1 dB for 100 km distance between pumps and below 0.42 dB for 60 km are obtained when using standard single-mode fibre as the transmission medium with an input signal average power of 0 dBm, and a total pump power of about 1.7 W. © 2004 Optical Society of America.

Method for characterisation of weakly guiding waveguides by measuring mode field diameter

In this paper, we described an efficient theoretical approach to determine the integral characteristics such as Mode Field Diameter (MFD) and V-parameter of the Weakly guiding waveguides. To test the described method we measured MFD for the commercially available step index single mode fibre with known parameters. The results of these measurements are presented for two different wavelengths. It is worth noting that the developed approach implies infinite cladding, thus care should be taken to avoid influence of finiteness of cladding when MFD compares to cladding diamete.

73.7 Tb/s (96X3x256-Gb/s) mode-division-multiplexed DP-16QAM transmission with inline MM-EDFA

We show transmission of a 73.7 Tb/s (96x3x256-Gb/s) DP-16QAM modedivision- multiplexed signal over 119km of few-mode fiber with inline multi-mode EDFA, using 6x6 MIMO digital signal processing. The total demonstrated net capacity is 57.6 Tb/s (SE 12 bits/s/Hz). © 2012 OSA.

A field trial of mode-division multiplexing

We present results of the first field trial ever to include a component of MDM. The demonstrated scenarios all confirm the possibility for a partial upgrade of legacy systems to few-mode technology.

Reach improvement of mode division multiplexed systems using fiber splices

This letter proposes the introduction of discrete modal crosstalk (XT) through fiber splices for the improvement of the distance reach (DR) of mode division multiplexed (MDM) transmission systems over few mode fibers (FMFs). The proposed method increases the DR, reducing the time spread of the FMFs' impulse response. The effectiveness of this method is assessed through simulation considering 3 × 136-Gbit/s MDM-coherently-detected polarization-multiplexed quadrature-phase-shift-keying ultralong haul transmission systems employing inherently low differential mode delay (DMD) FMFs or DMD compensated FMFs. A maximum DR increase factor of 1.9 is obtained for the optimum number of splices per span and optimum splice XT level. © 1989-2012 IEEE.

73.7 Tb/s (96 x 3 x 256-Gb/s) mode-divisionmultiplexed DP-16QAM transmission with inline MM-EDFA

Transmission of a 73.7 Tb/s (96x3x256-Gb/s) DP-16QAM mode-division- multiplexed signal over 119km of few-mode fiber transmission line incorporating an inline multi mode EDFA and a phase plate based mode (de-)multiplexer is demonstrated. Data-aided 6x6 MIMO digital signal processing was used to demodulate the signal. The total demonstrated net capacity, taking into account 20% of FEC-overhead and 7.5% additional overhead (Ethernet and training sequences), is 57.6 Tb/s, corresponding to a spectral efficiency of 12 bits/s/Hz. © 2012 Optical Society of America.

Fibre impairment compensation using artificial neural network equalizer for high-capacity coherent optical OFDM signals

We propose an artificial neural network (ANN) equalizer for transmission performance enhancement of coherent optical OFDM (C-OOFDM) signals. The ANN equalizer showed more efficiency in combating both chromatic dispersion (CD) and single-mode fibre (SMF)-induced non-linearities compared to the least mean square (LMS). The equalizer can offer a 1.5 dB improvement in optical signal-to-noise ratio (OSNR) compared to LMS algorithm for 40 Gbit/s C-OOFDM signals when considering only CD. It is also revealed that ANN can double the transmission distance up to 320 km of SMF compared to the case of LMS, providing a nonlinearity tolerance improvement of ∼0.7 dB OSNR.

The effect of high optical power on modern fibre at 1.5 μm

Here we study the impact of high optical power, within the C-band, on the reliability of modern single mode fibre. Our experiments show that modern fibre demonstrates >10 dB higher power handling performance beyond what has previously been reported.

Nonlinear optics with cold Rb atoms using tapered optical nanofibres

Optical nanofibres (ONFs) are very thin optical waveguides with sub-wavelength diameters. ONFs have very high evanescent fields and the guided light is confined strongly in the transverse direction. These fibres can be used to achieve strong light-matter interactions. Atoms around the waist of an ONF can be probed by collecting the atomic fluorescence coupling or by measuring the transmission (or the polarisation) of the probe beam sent through it. This thesis presents experiments using ONFs for probing and manipulating laser-cooled 87Rb atoms. As an initial experiment, a single mode ONF was integrated into a magneto-optical trap (MOT) and used for measuring the characteristics of the MOT, such as the loading time and the average temperature of the atom cloud. The effect of a near-resonant probe beam on the local temperature of the cold atoms has been studied. Next, the ONF was used for manipulating the atoms in the evanescent fields region in order to generate nonlinear optical effects. Four-wave mixing, ac Stark effect (Autler-Townes splitting) and electromagnetically induced transparency have been observed at unprecedented ultralow power levels. In another experiment, a few-mode ONF, supporting only the fundamental mode and the first higher order mode group, has been used for studying cold atoms. A higher pumping rate of the atomic fluorescence into the higher order fibreguided modes and more interactions with the surrounding atoms for higher order mode evanescent light, when compared to signals for the fundamental mode, have been identified. The results obtained in the thesis are particularly for a fundamental understanding of light-atom interactions when atoms are near a dielectric surface and also for the development of fibre-based quantum information technologies. Atoms coupled to ONFs could be used for preparing intrinsically fibre-coupled quantum nodes for quantum computing and the studies presented here are significant for a detailed understanding of such a system.

Design and modeling of optical fibers for spatial division multiplexing using the orbital angular momentum of light

Les besoins toujours croissants en terme de transfert de données numériques poussent au développement de nouvelles technologies pour accroître la capacité des réseaux, notamment en ce qui concerne les réseaux de fibre optique. Parmi ces nouvelles technologies, le multiplexage spatial permet de multiplier la capacité des liens optiques actuels. Nous nous intéressons particulièrement à une forme de multiplexage spatial utilisant le moment cinétique orbital de la lumière comme base orthogonale pour séparer un certain nombre de canaux. Nous présentons d’abord les notions d’électromagnétisme et de physique nécessaires à la compréhension des développements ultérieurs. Les équations de Maxwell sont dérivées afin d’expliquer les modes scalaires et vectoriels de la fibre optique. Nous présentons également d’autres propriétés modales, soit la coupure des modes, et les indices de groupe et de dispersion. La notion de moment cinétique orbital est ensuite introduite, avec plus particulièrement ses applications dans le domaine des télécommunications. Dans une seconde partie, nous proposons la carte modale comme un outil pour aider au design des fibres optiques à quelques modes. Nous développons la solution vectorielle des équations de coupure des modes pour les fibres en anneau, puis nous généralisons ces équations pour tous les profils de fibres à trois couches. Enfin, nous donnons quelques exemples d’application de la carte modale. Dans la troisième partie, nous présentons des designs de fibres pour la transmission des modes avec un moment cinétique orbital. Les outils développés dans la seconde partie sont utilisés pour effectuer ces designs. Un premier design de fibre, caractérisé par un centre creux, est étudié et démontré. Puis un second design, une famille de fibres avec un profil en anneau, est étudié. Des mesures d’indice effectif et d’indice de groupe sont effectuées sur ces fibres. Les outils et les fibres développés auront permis une meilleure compréhension de la transmission dans la fibre optique des modes ayant un moment cinétique orbital. Nous espérons que ces avancements aideront à développer prochainement des systèmes de communications performants utilisant le multiplexage spatial.

Spatially integrated erbium-doped fiber amplifiers enabling space-division multiplexing

L’augmentation exponentielle de la demande de bande passante pour les communications laisse présager une saturation prochaine de la capacité des réseaux de télécommunications qui devrait se matérialiser au cours de la prochaine décennie. En effet, la théorie de l’information prédit que les effets non linéaires dans les fibres monomodes limite la capacité de transmission de celles-ci et peu de gain à ce niveau peut être espéré des techniques traditionnelles de multiplexage développées et utilisées jusqu’à présent dans les systèmes à haut débit. La dimension spatiale du canal optique est proposée comme un nouveau degré de liberté qui peut être utilisé pour augmenter le nombre de canaux de transmission et, par conséquent, résoudre cette menace de «crise de capacité». Ainsi, inspirée par les techniques micro-ondes, la technique émergente appelée multiplexage spatial (SDM) est une technologie prometteuse pour la création de réseaux optiques de prochaine génération. Pour réaliser le SDM dans les liens de fibres optiques, il faut réexaminer tous les dispositifs intégrés, les équipements et les sous-systèmes. Parmi ces éléments, l’amplificateur optique SDM est critique, en particulier pour les systèmes de transmission pour les longues distances. En raison des excellentes caractéristiques de l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium (EDFA) utilisé dans les systèmes actuels de pointe, l’EDFA est à nouveau un candidat de choix pour la mise en œuvre des amplificateurs SDM pratiques. Toutefois, étant donné que le SDM introduit une variation spatiale du champ dans le plan transversal de la fibre, les amplificateurs à fibre dopée à l’erbium spatialement intégrés (SIEDFA) nécessitent une conception soignée. Dans cette thèse, nous examinons tout d’abord les progrès récents du SDM, en particulier les amplificateurs optiques SDM. Ensuite, nous identifions et discutons les principaux enjeux des SIEDFA qui exigent un examen scientifique. Suite à cela, la théorie des EDFA est brièvement présentée et une modélisation numérique pouvant être utilisée pour simuler les SIEDFA est proposée. Sur la base d’un outil de simulation fait maison, nous proposons une nouvelle conception des profils de dopage annulaire des fibres à quelques-modes dopées à l’erbium (ED-FMF) et nous évaluons numériquement la performance d’un amplificateur à un étage, avec fibre à dopage annulaire, à ainsi qu’un amplificateur à double étage pour les communications sur des fibres ne comportant que quelques modes. Par la suite, nous concevons des fibres dopées à l’erbium avec une gaine annulaire et multi-cœurs (ED-MCF). Nous avons évalué numériquement le recouvrement de la pompe avec les multiples cœurs de ces amplificateurs. En plus de la conception, nous fabriquons et caractérisons une fibre multi-cœurs à quelques modes dopées à l’erbium. Nous réalisons la première démonstration des amplificateurs à fibre optique spatialement intégrés incorporant de telles fibres dopées. Enfin, nous présentons les conclusions ainsi que les perspectives de cette recherche. La recherche et le développement des SIEDFA offriront d’énormes avantages non seulement pour les systèmes de transmission future SDM, mais aussi pour les systèmes de transmission monomode sur des fibres standards à un cœur car ils permettent de remplacer plusieurs amplificateurs par un amplificateur intégré.

Switchable dual-wavelength erbium-doped fibre laser utilizing two-channel fibre Bragg grating fabricated by femtosecond laser

We propose and demonstrate a switchable dual-wavelength erbium-doped fibre ring laser. Competition between the lasing wavelengths in erbium-doped fibre laser at room temperature is suppressed by incorporating a two-channel fibre Bragg grating (TC-FBG), which consists of two highly localized sub-gratings fabricated by femtosecond laser in single mode fibre. Wavelengths and polarization states of the lasing lines are selected by the TC-FBG. Laser output can be switched between single- and dual-wavelength operations by simply adjusting the polarization controller. Stable dual-wavelength output is verified at room temperature with a power fluctuation less than 0.27 dB, and wavelength fluctuation less than 0.004 nm.