Information capacity of reconfigurable optical spatial solitons

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Die Verwendung von optisch räumlichen Solitonen in nichtlinearen Materialien als rekonfigurierbare optische Wellenleiter ermöglicht die Realisierung von Schnittstellen und Kopplern für die optische Signalverarbeitung. Eine Voraussetzung ist hierbei die genaue Kenntnis über die Informationstransfereigenschaften der induzierten Wellenleiter, die in diesen Systemen bisher noch nicht untersucht wurden. Nach der Kommunikationstheorie von Shannon ist die wichtigste Eigenschaft eines signaltragenden Kanals seine Informationskapazität, welche durch die spektrale Verteilung des systemeigenen Rauschens, den dynamischen Bereich des Materials bezüglich der transmittierten Intensität, seine spektrale Bandbreite, sowie die aufretende Gruppendispersion bestimmt ist. Bisherige Untersuchungen zu den Wellenleitungseigenschaften von Solitonen in photorefraktiven Materialien beschränken sich lediglich auf die Verteilung der in den Solitonen geführten Intensität. Aus diesem Grund streben wir im Rahmen des vorliegenden Antrags eine umfassende Charakterisierung der Informationskapazität optisch räumlicher Solitonen in einzelnen Wellenleitern sowie in Konfigurationen mit wechselwirkenden Kanälen nach den zugrundeliegenden Gesetzen der Informationstheorie an. Hierbei sollen zunächst die Signaltransfereigenschaften eines induzierten Wellenleiters in Abhängigkeit der Wellenlänge ermittelt werden. Aus den gewonnenen Daten lassen sich das systemeigene spektrale Rauschen sowie die spektrale Bandbreite des informationstragenden Wellenleiters bestimmen. Darauf aufbauend sollen die Eigenschaften eines rein optischen y-Kopplers, welcher durch zwei wechselwirkende Solitonen erzeugt werden kann, bezüglich seiner Informationskapazität untersucht werden. Zur Erzeugung der Wellenleiter planen wir die Verwendung von photorefraktivem Strontium-Bariumniobat (SBN) bei einer Wellenlänge von 532 nm, da sich das Material hier durch hohe elektro-optische Koeffizienten auszeichnet und somit gute nichtlineare Eigenschaften besitzt. Der im induzierten Wellenleiter geführte informationstragende Probenstrahl soll eine variable Wellenlänge im Telekommunikationsbereich zwischen 1460 und 1580 nm besitzen, für die das Material weitgehend unsensitiv ist.