A Comparison of Nonlinear Media for All-Optical Signal Processing

Abstract

[ANGLÈS] This thesis is focused on benchmarking different nonlinear media that are currently used for all-optical signal processing. The materials survey has been based on both low linear losses and highly nonlinear characteristics. We firstly introduce a general knowledge about nonlinearities in the optical communications field before leading the reader to the analysis of such nonlinear materials properties. Some analytical indicators found in the literature review allow for getting a first rough comparison. Nonetheless, the different detrimental effects that we describe hereinafter such as Stimulated Brillouin Scattering, Two Photon Absorption and Free Carrier Absorption require numerical models in the analysis. Three numerical methods are employed in order to estimate more accurately the Conversion Efficiency considering the losses resulting from such phenomena in the wavelength (frequency) conversion process. Finally, a power-minimisation along with a length-optimisation provide us with a global comparison embracing some promising nonlinear materials. Such a benchmark shows when positive Conversion Efficiency (i.e. parametric gain) can be achieved by the elected media.

[CASTELLA] Esta tesis se centra en la evaluación comparativa de diferentes materiales no lineales utilizados actualmente para el procesamiento de señales completamente óptico. La recerca de los materiales se ha basado tanto en las bajas pérdidas lineales como en las altas no-linealidades. En primer lugar se introduce un conocimiento general acerca de las no-linealidades en el campo de las comunicaciones ópticas antes de conducir al lector al análisis de tales propiedades de los materiales no lineales. Algunos indicadores analíticos encontrados en la revisión de la literatura permiten obtener una primera comparación aproximada. Sin embargo, los diferentes efectos perjudiciales que se describen en lo sucesivo como el "Stimulated Brillouin Scattering", la "Two Photon Absorption" y la "Free Carrier Absorption" requieren modelos numéricos en el análisis. Tres métodos numéricos se utilizan para estimar con mayor precisión la eficiencia de conversión teniendo en cuenta las pérdidas resultantes de tales fenómenos en el proceso de conversión de longitud de onda (o frecuencia). Por último, una minimización de potencia junto con una optimización de longitud nos proporciona una comparación global que abarca algunos prometedores materiales no lineales. Tal comparación nos muestra cuando se puede lograr la eficiencia de conversión positiva (es decir, ganancia paramétrica) con los medios elegidos.

[CATALÀ] Aquesta tesi es centra en l'avaluació comparativa de diferents materials no lineals utilitzats actualment per al processament de senyals completament òptic. La recerca dels materials s'ha basat tant en les baixes pèrdues lineals com en les altes no-linealitats. En primer lloc s'introdueix un coneixement general sobre les no-linealitats en el camp de les comunicacions òptiques abans de conduir el lector a l'anàlisi de tals propietats dels materials no lineals. Alguns indicadors analítics trobats en la revisió de la literatura permeten obtenir una primera comparació aproximada. No obstant això, els diferents efectes perjudicials que es descriuen a continuació com ara "l'Stimulated Brillouin Scattering", la "Two Photon Absorption" i la "Free Carrier Absorption" requereixen models numèrics per l'anàlisi. Tres mètodes numèrics s'utilitzen per estimar amb més precisió l'eficiència de conversió tenint en compte les pèrdues resultants de tals fenòmens en el procés de conversió de longitud d'ona (o freqüència). Finalment, una minimització de potència juntament amb una optimització de longitud ens proporciona una comparació global que abasta alguns prometedors materials no lineals. Aquest comparació ens mostra quan podem aconseguir eficiència de conversió positiva (és a dir, guany paramètric) amb els materials escollits.