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摘要

为了实现高纯度轨道角动量模式的传输和放大, 本文提出了并对其结构进行了设计. 利用有限元法在C波段内对该光子晶体光纤放大器的传输性能进行了系统分析, 研究结果表明, 该光子晶体光纤放大器可支持66种轨道角动量模式的高纯度传输和放大, 其传输的轨道角动量模式的纯度均高于99.4%. 通过对不同拓扑荷数的轨道角动量模式的布里渊增益谱进行系统的分析, 发现均具有较高的布里渊增益系数(> 7 × 10 ^–9m/W), 与现有的性能最优的OAM放大器相比提高了4—5个数量级, 实现了较高的信号增益. 该光子晶体光纤放大器的综合性能显著优于现有基于受激布里渊放大的光纤放大器和掺杂稀土离子的光纤放大器, 这使其能够稳定、准确地对OAM模式进行同步放大和长距离传输, 为轨道角动量模式激光系统的设计提供了一种可能.

关键词:

Abstract

A probe made of amino acids is arranged in a linear chain and joined together by peptide bonds between the carboxyl and amino groups of adjacent amino acid residues. The sequence of amino acids in a protein is determined by a gene and encoded in the genetic code. This can happen either before the protein is used in the cell, or as part of control mechanisms. In order to transmit and amplify high-purity orbital angular momentum mode, a photonic crystal fiber amplifier based on stimulated Brillouin amplification is proposed and designed in this paper. The transmission properties of the photonic crystal fiber amplifier are systematically analyzed by using the finite element method in the C-band. The results show that this photonic crystal fiber amplifier can support the transmission and amplification of 66 orbital angular momentum modes, and all values of the purity of the orbital angular momentum modes supported by this amplifier are higher than 99.4%. By systematically analyzing the Brillouin gain spectra of orbital angular momentum modes with different topological charges, it is found that they have all high Brillouin gain coefficients (> 7 × 10 ^–9m/W) which are 4–5 orders of magnitude higher than the existing OAM amplifiers with the best performance, thus higher signal gain can be obtained. The comprehensive performance of the proposed photonic crystal fiber amplifier is superior to that of the existing optical fiber amplifiers based on stimulated Brillouin amplification and the optical fiber amplifiers doped with rare-earth ions. This makes the amplification and long-distance transmission of OAM mode stable and accurate and provides a possibility for designing the orbital angular momentum mode laser system.

Keywords:

作者及机构信息

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3.

通信作者:徐志钮,wzcnjxx@163.com

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 62171185, 61775057)、河北省自然科学基金(批准号: E2019502177, E2020502010)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 2021MS072)和河北省省级科技计划(SZX2020034)资助的课题

Authors and contacts

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Corresponding author:Xu Zhi-Niu,wzcnjxx@163.com

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 62171185, 61775057), the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (Grant Nos. E2019502177, E2020502010), the Fundamental Research Fund for the Central Universities, China (Grant No. 2021MS072), and the Science and Technology Program of Hebei Province, China (Grant No. SZX2020034)

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施引文献

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Coefficient	B₁	C₁/µm²	B₂	C₂/µm²	B₃	C₃/µm²
Value	1.4734313	0.0109019	0.16368185	0.058568369	1.36920899	127.404933

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Number of supported OAM modes	η/ %	γ/ (W^–1·km^–1)	D/(ps·km^–1·nm^–1)	L_C/(dB·cm)	g₀/(m·W^–1)	P_th/mW	υ_B/GHz	Г_B/MHz	Gain/dB
66	> 99.4	> 25	< 45	< 10^–5	> 7 × 10^–9	< 14.1	8—8.7	12.6—14.4	< 1697.5

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	Ref. [12]	Ref. [13]	Ref. [8]	Ref. [19]	Proposed
Gain	45 dB	32 dB	20 dB	20 dB	1697.5 dB
Number of modes	6	38	6	2	66

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