Title: Four-wave mixing in Higher Order Mode Optical Fibers
Supervisors
Principal supervisor: Prof Karsten Rottwitt
Evaluation Board
Assoc. Prof. Michael Galili, DTU Fotonik
Assoc. Prof Magnus Karlson, Chalmers Universitet, SE
Dr. Periklis Petropoulos, University of Southhampton, UK
Master of the Ceremony
Senior Researcher Lars Grüner Nielsen
Abstract:
Due to the imminent capacity crunch in single-mode optical fiber networks, a host of novel few-mode and multi-mode fibers have been developed in recent years. The unique properties of the nonlinear interactions between the higher order modes in these fibers have not yet been fully elucidated. This thesis deals with discovering and using these in classical signal processing, and in quantum information science. The work exploits the non-Gaussian intensity distribution of higher order modes to suppress stimulated Brillouin scattering (SBS) by engineering the opto-acoustic overlap. We show that these higher order modes have a significantly higher SBS threshold, while maintaining a large nonlinear coefficient.
Furthermore the diverse phase-matching options in few-mode fibers are used to phase-match four-wave mixing beyond the Raman peak and this is utilized for creating a Raman free heralded single photon source. Finally the intermodal phase-matching in a fiber with modes carrying orbital angular momentum (OAM) is demonstrated, and the process is shown to conserve OAM. In addition, seeded intermodal four-wave mixing is demonstrated creating kilowatt peak power pulses at 1327 nm.
På grund af det snarlige dyk i kapacitetsvækst i optiske fibre med en enkelt bølgetype, er nye fiber typer blevet udviklet i de seneste år. De unikke egenskaber som de ikke-lineære interaktioner mellem højere ordens bølgetyper besidder er endnu ikke blevet fuldt ud afklaret. Denne afhandling omhandler at op-dage og udnytte disse til klassisk signal processering, og til kvante informatik. Arbejdet udnytter de ikke-Gaussiske intensitets distributioner af de højere ordens bølgetyper til at undertrykke stimuleret Brillouin spredning ved at tilpasse det optiskakustiske overlap. Vi viser at disse højere ordens bølgetyper har en signifikant højere tærskelværdi, men samtidig bevarer en høj ikke-lineær koefficient. Ydermere er de flexible fase-tilpasningsmuligheder i en fiber med få bølgetyper blevet brugt til at få fase-tilpasning til firebølgeblanding ud over Raman toppen og dette er blevet brugt til at lave en Raman fri anmeldt enkelt foton kilde. Til sidst er fase-tilpasning mellem forskellige bølgetyper blevet vist i en fiber hvor bølgetyper-ne besidder orbitalt angulært moment, og det er vist at processen bevarer det orbitale angulære mo-ment. Ud over dette, vises stimuleret firebølgeblanding mellem forskellige bølgetyper og kilowatt pulser bliver lavet ved 1327 nm i bølgelængde.