Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Modelling of gain profiles and Raman lasing in TiO2/GeO2-doped silica fibres

Felinskyi G.S., Grygoruk V.I. and Serdeha I.V.

Kyiv National Taras Shevchenko University, 64/13 Volodymyrska Street, 01601 Kyiv, Ukraine. ivserdega@gmail.com 

Download this article

Abstract. We analyze Raman lasing bandwidth for TiO2-doped single-mode fibre as a function of pumping power, following from modelling of the gain profile, and compare it with that typical for an etalon Raman (GeO2-doped) fibre. The both Raman gain profiles are quantified using the spontaneous Raman cross-sections derived with an original spectroscopic method. Extremely high accuracy of the multimode Gaussian decomposition is obtained for the Raman gain profiles. As a result, the Raman gain profiles can be presented in analytical form. A threshold spectral Raman profile is introduced and the lasing bands in the both single-mode fibres are simulated numerically. We discuss also the advantages of TiO2-doped fibres as the active media for fibre Raman lasing and compare their characteristics with those of the other fibre types.

Keywords: Raman lasing, gain profile, Gaussian decomposition, Raman gain threshold, nonlinear optical amplification

UDC: 535.375+ 621.373.8 
Ukr. J. Phys. Opt. 21 15-25
doi: 10.3116/16091833/21/1/15/2020
Received: 14.01.2020

Анотація. На основі моделювання профілю підсилення проаналізовано ширину смуги пропускання раманівського лазера для легованого TiO2 одномодового волокна як функцію потужності нагнітання. Виконано  порівняння з типовими параметрами еталонного раманівського волокна, легованого GeO2. Обидва профілі раманівського підсилення оцінено кількісно на основі спонтанних раманівських перетинів, одержаних за оригінальним спектроскопічним методом. Для профілів раманівського підсилення одержано надзвичайно високу точність розкладання спектрів на ґаусових мод. Як наслідок, профілі раманівського підсилення можна представити в аналітичній формі. Введено пороговий спектральний раманівський профіль і чисельно промодельовано лазерні смуги для обох одномодових волокон. Обговорено переваги волокон, легованих TiO2, як активних середовищ для раманівського волоконних лазерів, а також порівняно їхні характеристики з характеристиками інших типів волокон. 
REFERENCES
  1. Dragic P D, Cavillon M and Ballato J, 2018. Materials for optical fiber lasers: a review. Appl. Phys. Rev. 5: 041301. doi:10.1063/1.5048410
  2. Shi W, Fang Q, Zhu X, Norwood R A and Peyghambarian N, 2014. Fiber lasers and their applications. Appl. Opt. 53: 6554-6568. doi:10.1364/AO.53.006554
  3. Syuaib I, Asvial M and Rahardjo E T, 2019. Modeling of ultra-long span bidirectional Raman transmission link using three-segment hybrid fiber core structure. Photonics. 6: 18. doi:10.3390/photonics6010002
  4. Pelouch W S, 2016. Raman amplification: an enabling technology for long-haul coherent transmission systems. J. Lightwave Technol. 34: 6-19. doi:10.1109/JLT.2015.2458771
  5. Downie J D, Hurley J, Roudas I, Pikula D and Garza-Alanis J A, 2014. Unrepeatered 256 Gb/s PM-16QAM transmission over up to 304 km with simple system configurations. Opt. Express. 22: 10256-10261. doi:10.1364/OE.22.010256
  6. Downie J D, Hurley J, Cartledge J, Ten S, Bickham S, Mishra S, Zhu X and Kobyakov A, 2010. 40112 Gb/s transmission over an unrepeatered 365 km effective area-managed span comprised of ultra-low loss optical fiber. In: Proc. Eur. Conf. on Opt. Comm. (ECOC), Turin (Italy). 19-23 September, 2010. doi:10.1109/ECOC.2010.5621438
  7. Saidin N, Taib N I A, Abidin M S Z, Hasbullah N F and Ralib A A M, 2017. Performance configuration of Raman-EDFA hybrid optical amplifier for WDM applications. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 210: 012033. doi:10.1088/1757-899X/210/1/012033
  8. Tan M, Rosa P, Le S T, Iqbal Md A, Phillips I D and Harper P, 2016. Transmission performance improvement using random DFB laser based Raman amplification and bidirectional second-order pumping. Opt. Express. 24: 2215-2221. doi:10.1364/OE.24.002215
  9. Nelson L E, Zhou X, Zhu B, Yan M F, Wisk P W and Magill P D, 2014. All-Raman-amplified, 73 nm seamless band transmission of 9 Tb/s over 6000 km of fiber. IEEE Photon. Techn. Lett. 26: 242-245. doi:10.1109/LPT.2013.2291399
  10. Richardson D J, Nilsson J and Clarkson W A, 2010. High-power fiber lasers: current status and future perspectives. J. Opt. Soc. Amer. B. 27: B63-B92. https://doi.org/10.1364/JOSAB.27.000B63
  11. Zervas M N and Codemard C A, 2014. High power fiber lasers: a review. IEEE J. Sel. Top. Quantum. Electron. 20: 219-241. doi:10.1109/JSTQE.2014.2321279
  12. Zhou P, Xiao H, Leng J, Xu J, Chen Z, Zhang H and Liu Z, 2017. High-power fiber lasers based on tandem pumping. J. Opt. Soc. Amer. B. 34: A29-A36. doi:10.1364/JOSAB.34.000A29
  13. Ma P, Zhang H, Huang L, Wang X, Zhou P and Liu Z, 2015. Kilowatt-level near-diffraction limited and linear-polarized Ytterbium-Raman hybrid nonlinear amplifier based on polarization selection loss mechanism. Opt. Express. 23: 26499-26508. doi:10.1364/OE.23.026499
  14. Xiao Q, Yan P, Li D, Sun J, Wang X, Huang Y and Gong M, 2016. Bidirectional pumped high power Raman fiber laser. Opt. Express. 24: 6758-6768. doi:10.1364/OE.24.006758
  15. Feng Y, Taylor L R and Calia D B, 2009. 150 W highly-efficient Raman fiber laser. Opt. Express. 17: 23678-23683. doi:10.1364/OE.17.023678
  16. Dianov E M and Prokhorov A M, 2000. Medium-power CW Raman fiber lasers. IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 6: 1022-1028. doi:10.1109/2944.902151
  17. Dianov E M, 2002. Advances in Raman fibers. J. Lightwave Technol. 20: 1457-1462. doi:10.1109/JLT.2002.800263
  18. Felinskyi G S, Serdeha I V and Grygoruk V I, 2017. TiO2-doped singlemode fiber as active medium for Raman lasers. Key Eng. Mater. 753: 173-179. doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.753.173
  19. Bromage J, Rottwitt K and Lines M E, 2002. A method to predict the Raman gain spectra of germanosilicate fibers with arbitrary index profiles. IEEE Photon. Technol. Lett. 14: 24-26. doi:10.1109/68.974149
  20. Mermelstein M D, Horn C, Radic S and Headley C, 2002. Six wavelengths Raman fiber laser for C- and L-band Raman amplification and dynamic gain flattening. Electron. Lett. 38: 636-638. doi:10.1049/el:20020433
  21. Korotkov P A and Felinskyi G S, 2009. Forced-Raman-scattering-based amplification of light in onemode quartz fibers. Ukr. J. Phys. Rev. 5: 103-168.
  22. Zhang L, Liu C, Jiang H, Qi Y, He B, Zhou J, Gu X and Feng Y, 2014. Kilowatt ytterbium Raman fiber laser. Opt. Express. 22: 18483-18489. doi:10.1364/OE.22.018483
  23. Serdeha I V, Grygoruk V I and Felinskyi G S, 2018. Spectroscopic features of Raman gain profiles in single-mode fibers based on silica glass. Ukr. J. Phys. 63: 683-700. doi:10.15407/ujpe63.8.683
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics