1. Новости
  2. Результаты реализации 1 этапа НИР в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности

Результаты реализации 1 этапа НИР в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности

Проект № 2048 в рамках базовой части государственного задания высшим учебным заведениям и научным организациям в сфере научной деятельности №2014/240:

Развитие теории и разработка технических принципов формирования, передачи и преобразования спиральных пучков в волоконно-оптических телекоммуникационных системах

Этап 1 (2014 год) «Выбор и обоснование направлений исследования» 

Руководитель проекта: д.т.н., профессор Багманов В.Х.

Краткая характеристика проекта:

Цель работы: разработка научно-технологического задела в области создания оптических устройств и направляющих систем, предназначенных для построения мультитерабитных волоконно-оптических сетей связи на основе передачи электромагнитного излучения с заданным спин-орбитальным состоянием.

Объект исследования: процессы генерирования, передачи и преобразования сигналов, заданных спин-орбитальным состоянием оптического излучения, а также технологии и методы их практической реализации.

Предмет исследования: волоконно-оптические линии связи и оптические устройства, предназначенные для формирования, передачи и преобразования спин-орбитального состояния оптического излучения ближнего инфракрасного диапазона.

Основные задачи: 

  • разработка полностью оптических методов компенсации искажений сигналов, передаваемых в волоконно-оптических линиях связи посредством спиральных пучков;
  • поиск решения нелинейного уравнения Шрёдингеровского типа для суперпозиции мод, переносящих заданный спиновой и орбитальный угловой момент, в оптическом волокне в условиях действия дисперсионных и нелинейных эффектов;
  • поиск технических решений, позволяющих в условиях действия в оптическом волокне дисперсионных и нелинейных эффектов минимизировать влияние на передаваемый сигнал искажений, вызванных дифференциальной групповой задержкой и межмодовой интерференцией;
  • разработка принципов и методов полностью оптического преобразования спин-орбитального состояния оптического излучения на основе квантовых механизмов взаимодействия в нелинейных кристаллах. 

 

Первый этап НИР заключался в проведении анализа и математического моделирования процессов передачи и обработки сигналов, переносящих спиновой и орбитальный угловые моменты, в волоконно-оптических линиях связи. В рамках данных работ был проведен анализ существующих подходов к проблеме компенсации искажений таких сигналов в оптических волокнах (ОВ) и предложены новые подходы и методы решения данной проблемы. Для первоначальной проверки их адекватности и эффективности, разработаны аналитические модели и проведен ряд вычислительных экспериментов на основе разработанной компьютерной модели. Полученные результаты численного моделирования в целом подтверждают корректность используемых аналитических моделей и эффективность предлагаемых решений.

В рамках проведенного этапа НИР, в соответствие с Техническим заданием, осуществлены следующие работы:

  • проведен аналитический обзор информационных источников, затрагивающих проблему создания оптических телекоммуникационных систем на основе управления спин-орбитальным состоянием излучения;
  • проведены патентные исследования с целью определения уровня техники и тенденций развития объекта НИР;
  • проанализированы существующие варианты решений задач НИР, проведена их сравнительная оценка, предложены новые подходы и методы в рамках решения задач 1–3 НИР;
  • разработаны аналитическая и численная модели, описывающие процессы генерирования, передачи и детектирования сигналов, заданных спин-орбитальным состоянием оптического излучения;
  • разработаны технические решения, направленные на создание полностью оптических устройств компенсации межмодовой интерференции при передаче сигналов, характеризуемых спин-орбитальным состоянием излучения, по оптическому волокну;
  • осуществлено имитационное математическое моделирование волоконно-оптической системы передачи на основе технологии мультиплексирования с модовым разделением в базисе вихревых мод (OAM-MDM), в которой осуществляется передача пяти модовых каналов по маломодовому ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления; 
  • проведено численное моделирование процессов распространения WDM-сигналов с RZ-OOK и NRZ-OOK модуляцией в одномодовой линии передачи большой дальности с учётом Керр-нелинейностей и ПМД, на основе которых определены статистические характеристики эффекта частичной взаимной компенсации нелинейных и поляризационных искажений;
  • исследованы поляризационные свойства волокон и параметров передачи, при которых проявляется эффект частичной взаимной компенсации нелинейных и поляризационных искажений WDM-сигнала.

Основные новые научные результаты, полученные в рамках отчетного этапа НИР:

  1. метод определения матрицы распространения и принципиальных мод (ПМ) ОВ в маломодовом режиме, представляющий собой обобщение метода JME (Jones Matrix Eigenanalysis) на базис пространственных мод ОВ, основанный на применении многоканального дифракционного оптического элемента (ДОЭ) в качестве корреляци-онного фильтра;
  2. метод оптической компенсации смешения мод при передаче монохроматического сигнала в маломодовых ОВ, основанный на пространственно-спектральной взаимосвязи между модовым спектром и поперечным распределением ЭМ поля;
  3. метод оптического демультиплексирования сигналов, передаваемых в базисе ПМ оптического волокна, основанный на применении многоканального реконфигурируемого ДОЭ в качестве элемента оптической обработки сигнала;
  4. численное моделирование процесса передачи сигнала с модовым мультиплекси-рованием при использовании принципиальных мод оптического волокна в качестве несу-щих для различных типов модуляции сигнала (RZ-OOK, RZ-QPSK с гауссовой формой импульса и импульсами вида приподнятого косинуса), устанавливающее возможность существенного (на два порядка и более) снижения частоты битовых ошибок в сравнении со случаем использования собственных мод ОВ в качестве несущих;
  5. численное моделирование процессов распространения WDM-сигналов с RZ-OOK и NRZ-OOK модуляцией в одномодовой линии передачи большой дальности с учётом Керр-нелинейностей и поляризационной модовой дисперсии, устанавливающее возможность снижения искажений при совместном влиянии ПМД и фазовой самомодуляции или кросс-модуляции, что проявляется в компрессии передаваемых импульсов;
  6. обнаружение закономерности и определение статистических характеристик возникновения эффекта частичной взаимной компенсации нелинейных и поляризационных искажений WDM-сигнала.

Подробное описание научных результатов, полученных в рамках 1 этапа НИР, представлено в основных публикациях исполнителей НИР за 2014 год.

В течение 2014 года исполнители НИР приняли учатие в следующих конференциях:

  • Российский семинар по волоконным лазерам, 14-18 апреля 2014 г., Новосибирск, Академгородок.
  • Optics and Photonics for Information Processing VIII в рамках симпозиума SPIE “Optics+Photonics”, 17-21 августа 2014 г., Сан-Диего, США.
  • Международная научно-техническая конференция «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» ПТиТТ-2014, 18-21 ноября 2014 г., Казань.
  • Проведен рабочий семинар в Техническом Университете Дании, 9 декабря 2014 г.

Финансирование проекта осуществляется Министерством образования и науки Российской Федерации.