Встановлення закономірностей поширювання спектрів оптичних імпульсів методами штучного інтелекту

ВСТАНОВЛЕННЯ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ ПОШИРЮВАННЯ СПЕКТРІВ ОПТИЧНИХ ІМПУЛЬСІВ МЕТОДАМИ ШТУЧНОГО ІНТЕЛЕКТУ

ESTABLISHING THE REGULARITIES OF SPECTRUM BROADENING IN OPTICAL PULSES BY METHODS OF SINGLE INTELECTU

Сторінки: 80-86. Номер: №6.т.2, 2022 (315)  
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6(2)-80-86
Автори:
Микола ОДЕГОВ
Державний університет інтелектуальних технологій і зв’язку
https://orcid.org/0000-0001-5526-2487
onick_64@ukr.net
Л. БУКАТА, І. БАЛЄЄВ
Державний університет інтелектуальних технологій і зв’язку
Nikolay ODEGOV N. A., L. BUKATA, I. BALEEV
State University of Intellectual Technologies and Communication

Анотація мовою оригіналу

У прикладному аспекті вирішувана проблема відноситься до завдань збільшення швидкості передачі в магістральних волоконно-оптичних мережах (ВОСП). Оскільки таких систем зараз ще не існує, то поширення сигналів досліджується за допомогою імітаційної моделі. Ця модель заснована на нелінійному диференціальному рівнянні Шредингера та реалізована авторською програмою Nonlinear. Встановлення аналітичних форм залежностей між шириною спектру оптичних імпульсів на стороні передачі та прийому здійснюється за допомогою методів штучного інтелекту, які реалізовано авторською програмою Band Relative.
Ключові слова: волоконно-оптичні системи передач, нелінійні ефекти, спектр, імітаційне моделювання, штучний інтелект, методи структурної ідентифікації.

Розширена анотація англійською  мовою

In the applied aspect, the problem solved refers to the tasks of increasing the speed of information transmission in trunk fiber-optical networks (FOTS). Since such systems are not yet available, the distribution of signals is studied using an imitation model. This model is based on the nonlinear differential equation of Schrödinger. The problem of the problem is carried out in the author’s program Nonlinear. As a result of modeling, a significant array of experimental data was obtained. The data was obtained for different types of envelope optical signals and different levels of nonlinear effects. The transfer of information by optical solitons is considered one of the promising areas of improvement of the FOTS. Solitonic effects are achieved in the nonlinear regime of  FOTS. In this case, there is either the preservation of the effective duration of optical impulses. At the same time, the effect of expanding the spectrum of these impulses arises. This phenomenon should be taken into account with the synthesis of optimal uneven frequency plans for adaptive sags.
To solve this problem, it is important to minimize the number of measurements in promising SPP. For this, it is necessary to establish patterns of changes in the spectra of optical impulses in the form of analytical dependencies. In this work, this problem is solved by the methods of artificial intelligence. The task of interpolation on sparse channel plans is solved by parametric identification methods. The task of extrapolation to arbitrary frequency plans is solved by structural identification methods.
The work found that the dependences between the initial width of the spectrum of optical impulses and the width of the spectrum on the side of the reception are quite smooth. The problem of interpolation is solved on a lot of sedate polynomes. The solution to the problem of extrapolation on different methods of organizing frequency plans shows that the effective models between the initial and final width of the impulses are optimal are polynomes of the fourth or fifth order.
Keywords: fiber optic transmission systems, nonlinear effects, spectrum, computer simulation, artificial intelligence, structural identification methods

Литература

1. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика / Агравал Г. – М.: Мир, 1996. – 323 с.
2. Макаров Т.В. Когерентные волоконно-оптические системы передачи / Т.В. Макаров. – Одесса: ОНАС им. А.С. Попова, 2009. – 220 с.
3. Sonia Boscolo, Frederic Chaussard, Esben Andresen, Hervé Rigneault, Christophe Finot, Impact of initial pulse shape on the nonlinear spectral compression in optical fibre, Optics & Laser Technology, Volume 99, 2018, Pages 301-309, ISSN 0030-3992, https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2017.08.033.
4. N. Li, H. P. Li, Q. M. Wang, J. K. Liao, X. G. Tang, Y. Liu, Y. Z. Liu, “Numerical simulation on spectral compression of frequency-shifting femtosecond pulses in photonic crystal fiber,” Proc. SPIE 8198, 2011 International Conference on Optical Instruments and Technology: Optoelectronic Devices and Integration, 81980O (5 December 2011); doi: 10.1117/12.906297.
5. Esther Lidiya A., Vasantha Jayakantha Raja R., Anton Husakou, Pulse compression and pedestal suppression by self-similar propagation in nonlinear optical loop mirror, Optics Communications, Volume 474, 2020, 126083, ISSN 0030-4018, https://doi.org/10.1016/j.optcom.2020.126083.
6. Zhenguo Dou, Wenhui Fang, Chenglin Sun, Zhiwei Men, Pulse compression and spectral broadening of stimulated Raman scattering in water via cascading amplification, Optics Communications, Volume 501, 2021, 127393, ISSN 0030-4018, https://doi.org/10.1016/j.optcom.2021.127393.
7. Sharafali, D Vigneswaran, Bora Ung, Self-similar pulse compression by suspended core photonic crystal fiber with cubic-quintic nonlinearities, Results in Optics, Volume 5, 2021, 100117, ISSN 2666-9501, https://doi.org/10.1016/j.rio.2021.100117.
8. Одегов Н.А. Основы теории аппроксимации оптических сигналов гауссовыми импульсами / Н.А. Одегов // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні нуки. – 2018. – № 5. – С. 42-72.
9. Одегов Н.А. Аппроксимация оптических сигналов короткими импульсами лазера в форме гиперболического секанса / Одегов Н.А. // Электронное научное специализированное издание  –  журнал  «Проблемы телекоммуникаций», ХНУРЭ. – № 2 (23). – 2018. – С. 48 – 61.
10. Одегов М.А. Спосіб формування низькочастотної обвідної оптичного сигналу надкоротким імпульсом лазера гауссової форми // Патент України на корисну модель № 142946, зареєстрований 10.07.2020
11. Одегов М.А. Спосіб формування низькочастотної обвідної оптичного сигналу імпульсом лазера у формі гіперболічного секанса // Патент України на корисну модель № 142945, зареєстрований 10.07.20.
12. Одегов Н.А. Динамическое моделирование линейных и нелинейных эффектов в оптичских волокнах систем передачи DWDM / Н.А. Одегов // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні нуки. – 2020. – №2. – С. 150-158. DOI 10.31891/2307-5732-2020-283-2-150-157.
13. Одегов Н.А. Численно-аналитический метод синтеза оптимальных неравномерных частотных планов DWDM / Н.А. Одегов, И.С. Балеев // Наукові праці ОНАЗ ім. О.С. Попова, 2020, № 2. – C. 68-80.
14. Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid // Recommendation ITU-T G.694.1. – 2012. – 16 р.
15. Рекомендация МСЭ-Т G.698.1: Многоканальные приложения DWDM с одноканальными оптическими интерфейсами, 2005. – 18 с.
16. Ивахненко А.Г., Степашко В.С. Помехоустойчивость моделирования. – Киев: Наукова думка, 1985. – 216 с.
17. Левин С. Ф. Теория стохастической компактности / С. Ф. Левин // Статистический анализ и синтез систем технического обеспечения эксплуатации. – Одесса: ОВВКИУ ПВО, 1984. – C. 40-178.

References

1. Ahraval H. Nelyneinaia volokonnaia optyka / Ahraval H. – M.: Myr, 1996. – 323 s.
2. Makarov T.V. Koherentnыe volokonno-optycheskye systemы peredachy / T.V. Makarov. – Odessa: ONAS ym. A.S. Popova, 2009. – 220 s.
3. Sonia Boscolo, Frederic Chaussard, Esben Andresen, Hervé Rigneault, Christophe Finot, Impact of initial pulse shape on the nonlinear spectral compression in optical fibre, Optics & Laser Technology, Volume 99, 2018, Pages 301-309, ISSN 0030-3992, https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2017.08.033.
4. N. Li, H. P. Li, Q. M. Wang, J. K. Liao, X. G. Tang, Y. Liu, Y. Z. Liu, “Numerical simulation on spectral compression of frequency-shifting femtosecond pulses in photonic crystal fiber,” Proc. SPIE 8198, 2011 International Conference on Optical Instruments and Technology: Optoelectronic Devices and Integration, 81980O (5 December 2011); doi: 10.1117/12.906297.
5. Esther Lidiya A., Vasantha Jayakantha Raja R., Anton Husakou, Pulse compression and pedestal suppression by self-similar propagation in nonlinear optical loop mirror, Optics Communications, Volume 474, 2020, 126083, ISSN 0030-4018, https://doi.org/10.1016/j.optcom.2020.126083.
6. Zhenguo Dou, Wenhui Fang, Chenglin Sun, Zhiwei Men, Pulse compression and spectral broadening of stimulated Raman scattering in water via cascading amplification, Optics Communications, Volume 501, 2021, 127393, ISSN 0030-4018, https://doi.org/10.1016/j.optcom.2021.127393.
7. Sharafali, D Vigneswaran, Bora Ung, Self-similar pulse compression by suspended core photonic crystal fiber with cubic-quintic nonlinearities, Results in Optics, Volume 5, 2021, 100117, ISSN 2666-9501, https://doi.org/10.1016/j.rio.2021.100117.
8. Odehov N.A. Osnovы teoryy approksymatsyy optycheskykh syhnalov haussovыmy ympulsamy / N.A. Odehov // Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu. Tekhnichni nuky. – 2018. – № 5. – S. 42-72.
9. Odehov N.A. Approksymatsyia optycheskykh syhnalov korotkymy ympulsamy lazera v forme hyperbolycheskoho sekansa / Odehov N.A. // Эlektronnoe nauchnoe spetsyalyzyrovannoe yzdanye  –  zhurnal  «Problemы telekommunykatsyi», KhNURЭ. – № 2 (23). – 2018. – S. 48 – 61.
10. Odehov M.A. Sposib formuvannia nyzkochastotnoi obvidnoi optychnoho syhnalu nadkorotkym impulsom lazera haussovoi formy // Patent Ukrainy na korysnu model № 142946, zareiestrovanyi 10.07.2020
11. Odehov M.A. Sposib formuvannia nyzkochastotnoi obvidnoi optychnoho syhnalu impulsom lazera u formi hiperbolichnoho sekansa // Patent Ukrainy na korysnu model № 142945, zareiestrovanyi 10.07.20.
12. Odehov N.A. Dynamycheskoe modelyrovanye lyneinыkh y nelyneinыkh эffektov v optychskykh voloknakh system peredachy DWDM / N.A. Odehov // Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu. Tekhnichni nuky. – 2020. – №2. – S. 150-158. DOI 10.31891/2307-5732-2020-283-2-150-157.
13. Odehov N.A. Chyslenno-analytycheskyi metod synteza optymalnыkh neravnomernыkh chastotnыkh planov DWDM / N.A. Odehov, Y.S. Baleev // Naukovi pratsi ONAZ im. O.S. Popova, 2020, № 2. – C. 68-80.
14. Spectral grids for WDM applications: DWDM frequency grid // Recommendation ITU-T G.694.1. – 2012. – 16 r.
15. Rekomendatsyia MSЭ-T G.698.1: Mnohokanalnыe prylozhenyia DWDM s odnokanalnыmy optycheskymy ynterfeisamy, 2005. – 18 s.
16. Yvakhnenko A.H., Stepashko V.S. Pomekhoustoichyvost modelyrovanyia. – Kyev: Naukova dumka, 1985. – 216 s.
17. Levyn S. F. Teoryia stokhastycheskoi kompaktnosty / S. F. Levyn // Statystycheskyi analyz y syntez system tekhnycheskoho obespechenyia эkspluatatsyy. – Odessa: OVVKYU PVO, 1984. – C. 40-178.