Untersuchung der Informationskapazität rekonfigurierbarer optisch räumlicher Solitonen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Vorhaben wurde die Verwendung von photorefraktiven räumlichen Solitonen als Wellenleiterelemente in der Optischen Nachrichtentechnik untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass diese Solitonen als Wellenleiter für die infrarote Strahlung im Wellenlängenbereich von 1520 nm bis 1630 nm verwendet werden können. Die Wellenleitungseffzienz, das Verhältnis der eingehenden Intensität zur ausgehenden Intensität, liegt dabei über 40 %. Bei der Messung der maximal möglichen Übertragungsrate, der so genannten Informationskapazität, dieser Wellenleiter konnte keine Beschränkung aufgrund der Wellenleiter festgestellt werden. Dabei konnte gezeigt werden das eine Übertragungsrate von über 90 Tbit/s mit photorefraktiven räumlichen Solitonen als Wellenleiter möglich ist. Daher ist bei einer Anwendung dieser Wellenleiter in heutigen optischen Telekommunikationsnetzen nicht mit einer Beschränkung der Übertragungsrate durch die Solitonen zu rechnen. Des Weiteren wurden in diesem Vorhaben erstmals die Dispersionseigenschaften von Solitonen als Wellenleiter untersucht. Die Dispersion läßt dabei eine Übertragungsrate von Pulsen im THz-Bereich in diesen Systemen zu und die Solitonen stellen Einmodenwellenleiter für den verwendeten infrarotem Spektralbereich dar. Nach dieser ausführlichen Untersuchung von einzelnen Solitonen als Wellenleiter und der erstmaligen Verifizierung der Verwendbarkeit zur optischen Informationsübertragung wurden verschiedene aktive und passive Wellenleiterelemente aus mehreren Solitonen erzeugt. Dabei wurden bekannte Strukturen, wie ein Y-Koppler, ein X-Koppler und ein schaltbarer Signalmischer, erstmals im infrarotem Spektralbereich ausführlich untersucht und erstmals zur Informationsübertragung verwendet. Dabei konnte festgestellt werden, dass diese Elemente aus mehreren Solitonen auch in Optischen Übertragungsnetzwerken benutzt werden können und die Wellenleitungseffzienzen dabei in einer verwendbaren Größenordnung liegen. Des Weiteren wurde über den Projektplan hinausgehend ein neues aktives Wellenleiterelement aus räumlichen Solitonen erzeugt und charakterisiert. Dieser so genannte Strahlschalter kann ein optisches Eingangssignal aktiv auf unterschiedliche Ausgänge leiten. Experimentell wurde dabei zunächst ein 1x3-Strahlschalter, der einen Eingang auf drei Ausgänge schalten kann, erzeugt und daran anschließend wurden ausführlich die Erweiterungsmöglichkeiten auf N Ausgänge untersucht. Dabei kann bei einer größeren Anzahl von Ausgängen ein immer kleinerer Teil der Eingangsintensität zu jedem Ausgang geleitet werden. Darauf aufbauend wurde noch ein 1x8 Strahlschalter realisiert zu dessen Ausgängen jeweils einzelnd ca. 20 % der Eingangsintensität geleitet werden konnte. Insgesamt konnte mit den Ergebnissen dieses Vorhabens gezeigt werden, dass photoreafraktive räumliche Solitonen die Möglichkeit bieten verschiedenste rein-optische Wellenleiterelemente für die Optische Nachrichtentechnik zu erzeugen. Des Weiteren ist ein neues Wellenleiterelement aus Solitonen entwickelt worden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Information and pulse transfer through photorefractive spatial solitons in the telecommunication range, Annual Report of the Light- and Particle Optics group at the Institute of Applied Physics, Darmstadt University of Technology, 2004/2005. ISSN 0930-7168
M. Tiemann, J. Schmidt, R. Sisodia, V.M. Petrov, and J. Petter
- Information transfer through photorefractive spatial solitons in the telecommunication wavelength range, OSA Conference ”Nonlinear Guided Waves and Their Applications“, Technical Digest, 2005. ISBN 1-55752-791-1
M. Tiemann, R. Sisodia, V.M. Petrov, J. Peter, and T. Tschudi
- Information Throughput and Dispersion of Photorefractive Spatial Solitons as Waveguides in the Near Infrared, ECOC 2006 Proceedings, 2006. We3.P.187
M. Tiemann, J. Schmidt, J. Petter, and T. Tschudi
- Informationstransafer durch optische räumliche Solitonen in einem wechselwirkenden 2-Solitonensystem, DGaO-Proceedings, page P61, 2006
M. Tiemann, J. Schmidt, V.M. Petrov, J. Peter, and T. Tschudi
- Informationstransfereigenschaften optischer räumlicher Solitonen und Solitonensysteme, DPG-Tagung, 2006
J. Schmidt, M. Tiemann, J. Petter, and T. Tschudi
- Information throughput of photorefractive spatial solitons in the telecommunication range, App. Opt., 46, 2683–2687, 2007
M. Tiemann, J. Schmidt, V.M. Petrov, J. Peter, and T. Tschudi
- Photorefraktive räumliche Solitonen als Wellenleiterelemente in der optischen Nachrichtentechnik. 2007. Dissertation, TU Darmstadt
M. Tiemann
- Infrared guiding behaviour in a 1xN soliton switch, Opt. Comm., 281, 175–180, 2008
M. Tiemann, J. Peter, and T. Tschudi
