Pulsed laser-noise interaction in optical fibers : application in maps of high-order dispersion

Estudamos a interação entre laser e ruído em fibras ópticas, sua dependência com dispersão cromática e sua aplicação para caracterizar flutuações dos parâmetros de dispersao ao longo da fibra. A interacao é governada pela polarização não-linear de terceira ordem e, nesta tese, consideramos especificamente o processo de mistura de quatro ondas ou FMW (de Four-Wave Mixing) descrito por termos de ordem cúbica na amplitude do campo elétrico aplicado. Em particular, nós estamos interessados em termos que são lineares na amplitude do laser e quadraticos na do ruído. Devido a este processo, são geradas novas ondas que apresentam picos bem definidos no espectro e muito sensíveis aos parâmetros de dispersão de alta ordem (até quarta ordem e demonstrada nesta tese). Medidas com pulsos de curta duração (~ 100 ps para o laser e ~ 40 ps para o ruído em nossos experimentos) nos permitem caracterizar como os parâmetros de dispersão variam ao longo da fibra com boa resolução espacial (< 1 km). Apresentamos também uma resolução numérica das equações exatas para determinar como os parâmetros de dispersão, em fibras de perfil de índice degrau, dependem do raio do núcleo da fibra. Encontramos que variações de 0.1 µm (± 1%) do raio do núcleo da fibra produzem mudancas no comprimento de onda de dispersão nula (?0) e no pico de FWM (?FWM) que são consistentes com os resultados experimentais. Também verificamos a existencia de um valor do raio do núcleo da fibra o qual oferece propriedades de dispersao robustas para processos paramétricos. Este trabalho visa contribuir para a compreensão dos processos nao-lineares e campos estocásticos e, do ponto de vista prático, para o desenvolvimento de um método eficiente para medir variações na dispersão de alta ordem ao longo da fibraWe study the interaction between laser and noise in optical fibers, its dependence on chromatic dispersion and its application to characterize the parameters of dispersion fluctuations along the fiber. The interaction is governed by the nonlinear polarization of the third-order and, in this thesis, we consider specifically the process of four-wave mixing (FWM) described by cubical terms in the amplitude of the applied electric field. In particular, we concern linear terms in the amplitude of the laser and quadratic in the noise. Due to this process, new waves are generated that have well-defined peaks in the spectrum and very sensitive to the parameters of highorder dispersion (up to fourth order is demonstrated in this thesis). Measurements with pulses of short duration (~ 100 ps for the laser and ~ 40 ps for the noise in our experiments) allow us to characterize how the dispersion parameters vary along the fiber with good spatial resolution (< 1 km). We also present an exact numerical solution of the equations to determine how the parameters of dispersion, in a stepindex fiber, depending on the radius of the fiber core. We found that variations of 0.1µ m (± 1%) of the fiber core radius produce changes in the wavelength of zero dispersion (?0) and at the peak of FWM (?FWM) that are consistent with experimental results. We also verified the existence of a value of the radius of the fiber core which provides robust dispersion properties for parametric processes. This work aims to contribute to the understanding of nonlinear processes and stochastic fields, and the practical point of view, to develop an efficient method for measuring variations in the high-order dispersion along the fibe