Pump-pump four-wave mixing in distributed fiber Raman amplifiers

Mezcla de cuatro ondas entre bombas en amplificadores de fibra Raman distribuidos

En este trabajo se presenta un modelo matemático que describe rigurosamente la interacción entre esparcimiento Raman estimulado (SRS) y mezcla de cuatro ondas (FWM) en amplificadores Raman distribuidos (DFRAs). Los efectos paramétricos ocurridos en DFRAs debido al proceso de FWM entre bombas, son completamente caracterizados. Los resultados de las simulaciones numéricas son contrastados con mediciones experimentales llevadas a cabo en diferentes configuraciones de DFRAs. Los resultados permiten validar el modelo matemático propuesto, el cual puede ser extendido para incluir otras no-linealidades. Finalmente, se analizan los efectos de FWM entre bombas en el comportamiento espectral de la ganancia de un DFRA.

INTRODUCCIÓN

Los amplificadores Raman de fibra distribuida (DFRA) han surgido como dispositivos prometedores para ampliar la longitud de tramo y la capacidad de transmisión de las redes ópticas multiplexadas por división de longitud de onda (WDM). Las ventajas de los DFRA en comparación con los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA) están relacionadas con la flexibilidad de diseño, el amplio ancho de banda de ganancia, el bajo ruido y su capacidad para reducir el efecto de las no linealidades de la fibra [1]. Sin embargo, el buen rendimiento de un DFRA está drásticamente determinado por el modelo matemático y el método utilizado para su diseño [2,3]. Los DFRA que trabajan con fibras de baja dispersión cromática o con ondas de bombeo situadas cerca de la longitud de onda de dispersión cero (λ_ZD) requieren el desarrollo de modelos numéricos que incluyan otras no linealidades como la mezcla de cuatro ondas (FWM) [4-6].

En esta publicación se presenta un modelo matemático que incluye la interacción de SRS y FWM en una única ecuación diferencial. Los efectos de esta interacción se han estudiado por separado, pero en trabajos recientes realizados por otros investigadores se han tenido en cuenta ambos aspectos del modelo, ya sea mediante aproximaciones analíticas o métodos numéricos iterativos [6-10]. El modelo desarrollado en este trabajo resuelve numéricamente la interacción de ambas no linealidades para las señales copropagadas de forma sencilla. Se valida comparando los resultados de la simulación con mediciones experimentales utilizando DFRAs de diferentes características.