RU2342687C1

RU2342687C1 - Method of switching, amplification and modulation of optical radiation in non-linear optical fibre and device to this end

Info

Publication number: RU2342687C1
Application number: RU2007135451/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Майер (RU); Александр Александрович Майер
Original assignee: Александр Александрович Майер
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2008-12-27

Abstract

FIELD: physics; optics.

SUBSTANCE: present invention pertains to non-linear and fibre optics. The method employs an optical fibre, doped with ions of at least one rare-earth element and/or particles of at least, one semiconductor. The length of at least one of the optical unidirectional distributed-coupled waves is chosen to be equal to the average wavelength of the energy level transition of the rare-earth element and/or semiconductor particles or differs from the average wavelength of this transition by not more than 10%. Using optical pumping in this non-linear optical fibre, the total optical power losses of optical unidirectional distributed-coupled waves are reduced or eliminated or negated. The device has an optical element for separating waves at the output of the optical fibre and an optical element for optical pumping in the optical fibre.

EFFECT: reduction or elimination of total optical power losses of optical unidirectional distributed-coupled waves.

25 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области нелинейной интегральной и волоконной оптики, а точнее к области полностью оптических переключателей, модуляторов и оптических транзисторов [1-2], и может быть использовано в волоконно-оптических линиях связи, в оптических логических схемах и в других областях, где требуется полностью оптическое переключение, модуляция оптического излучения и усиление оптического сигнала.The invention relates to the field of nonlinear integrated and fiber optics, and more specifically to the field of fully optical switches, modulators and optical transistors [1-2], and can be used in fiber-optic communication lines, in optical logic circuits and in other areas where required fully optical switching, modulation of optical radiation and amplification of the optical signal.

Хорошо известны (см., например, [3, 4]) эрбиевые усилители (EDFA) и другие усилители на основе легированных редкоземельными элементами (иттрия, иттербия, неодима и др.) волоконных световодов, широко используемые для усиления слабых оптических сигналов. Усиление в них достигается за счет инверсии среды и вынужденного излучения. Однако этот способ несмотря на широкое применение имеет недостатки. Прежде всего в этих усилителях возникают спонтанные оптические шумы, обусловленные созданием инверсии населенностей. Причем эти шумы тем больше, чем больше инверсия населенностей.Erbium amplifiers (EDFA) and other amplifiers based on rare-earth elements (yttrium, ytterbium, neodymium, etc.) fiber optic fibers are widely known (see, for example, [3, 4]), which are widely used to amplify weak optical signals. Amplification in them is achieved due to inversion of the medium and stimulated emission. However, this method, despite its widespread use, has disadvantages. First of all, in these amplifiers spontaneous optical noise arises due to the creation of population inversion. Moreover, these noises are the greater, the greater the population inversion.

Вместе с тем известен другой способ усиления оптического сигнала [2] в световоде, основанный на явлении самопереключения однонаправленных распределенно-связанных волн (ОРСВ) [1-2]. При этом ОРСВ в световоде могут быть следующие [1, 2]. 1) Волны в соседних различных жилах этого световода, в этом случае распределенная связь между ними является туннельной связью; каждая из ОРСВ распространяется вдоль своей жилы световода и обменивается энергией с другими. 2) Волны различных поляризаций, если оптический волновод обладает двулучепреломлением и/или оптической и/или магнитооптической активностью. 3) Различные моды в неоднородном оптическом световоде. 4) Волны на различных частотах. 5) Волны при брэгговской дифракции. Условия самопереключения ОРСВ сформулированы в [1-2].At the same time, another method for amplifying an optical signal [2] in a fiber is known, based on the phenomenon of self-switching of unidirectional distributed-coupled waves (ORSV) [1-2]. In this case, the ODSW in the fiber can be as follows [1, 2]. 1) The waves in the neighboring different veins of this fiber, in this case the distributed connection between them is a tunnel connection; each of the SIRSs propagates along its fiber core and exchanges energy with others. 2) Waves of different polarizations, if the optical waveguide has birefringence and / or optical and / or magneto-optical activity. 3) Various modes in an inhomogeneous optical fiber. 4) Waves at various frequencies. 5) Waves with Bragg diffraction. The conditions for self-switching of ODSVs are formulated in [1-2].

Способ переключения, усиления и модуляции оптического излучения в оптическом волоконном световоде [2] осуществляется с помощью нелинейно-оптического световода, изготовленного с возможностью распространения в нем по меньшей мере двух оптических однонаправленных распределенно-связанных волн (ОРСВ), в котором существенную роль играет нелинейное взаимодействие этих однонаправленных распределенно-связанных волн, и выполнены условия для самопереключения оптической энергии между ними, причем на входе световода варьируют интенсивность или фазу хотя бы одной из этих ОРСВ, а на выходе световода разделяют участвующие в переключении ОРСВ. Этот способ и устройство для его осуществления имеют ряд преимуществ по сравнению со способом и устройством усиления в эрбиевых усилителях [3]: отсутствие оптических шумов, связанных со спонтанной эмиссией; возможность отстройки от шумов и помех в линиях оптической связи и локации [5], многофункциональность и т.д. [6].The method of switching, amplification and modulation of optical radiation in an optical fiber [2] is carried out using a nonlinear optical fiber, made with the possibility of propagation in it at least two unidirectional optical distributed-coupled waves (ORSV), in which the nonlinear interaction plays a significant role of these unidirectional distributed-coupled waves, and the conditions for self-switching of optical energy between them are satisfied, and at the input of the fiber, the intensity of phase to at least one of these UDCW, and fiber output share involved in switching UDCW. This method and device for its implementation have several advantages compared to the method and amplification device in erbium-based amplifiers [3]: the absence of optical noise associated with spontaneous emission; the possibility of detuning from noise and interference in the lines of optical communication and location [5], multifunctionality, etc. [6].

Этот способ и устройство для его осуществления являются наиболее близкими к предлагаемым в настоящей заявке способу и устройству и выбраны в качестве прототипа. Однако и они имеют недостатки, понятные из приведенных ниже пояснений.This method and device for its implementation are closest to the proposed method and device in this application and are selected as a prototype. However, they also have drawbacks that are clear from the explanations below.

Для возникновения этого явления и осуществления этого способа необходимо, чтобы среда, в которой распространяются ОРСВ, обладала оптическая нелинейностью, а суммарная мощность (интенсивность) ОРСВ на входе должна быть выше некоторой пороговой входной мощности (интенсивности) переключения. Величина этой пороговой мощности обратно пропорциональна величине оптической нелинейности жилы или жил световода. Наибольший интерес этот способ обычно представляет непосредственно в области самопереключения ОРСВ, например когда мощность (интенсивность) хотя бы одной из ОРСВ на входе световода близка к так называемой критической мощности (интенсивности). Критическая мощность несколько больше пороговой мощности и также обратно пропорциональна величине нелинейного оптического коэффициента и/или оптической нелинейности жилы или жил световода.For the occurrence of this phenomenon and the implementation of this method, it is necessary that the environment in which the ODSV is distributed has optical nonlinearity, and the total power (intensity) of the ODSV at the input should be higher than a certain threshold input switching power (intensity) of switching. The magnitude of this threshold power is inversely proportional to the optical nonlinearity of the core or fiber core. This method is usually of greatest interest directly in the field of self-switching of the SIRS, for example, when the power (intensity) of at least one of the SIRS at the input of the fiber is close to the so-called critical power (intensity). The critical power is slightly higher than the threshold power and is also inversely proportional to the value of the nonlinear optical coefficient and / or optical nonlinearity of the core or fiber core.

Способ и устройство для его осуществления, выбранные в качестве прототипа, имеют недостаток, заключающийся в том, что оптическая нелинейность световода обычно мала, и поэтому пороговая входная мощность переключения, необходимая для осуществления способа, является большой. Большой является и критическая интенсивность. Так в экспериментах, описанных в [2], в которых впервые в мире был реализованы этот способ и устройство для его осуществления, пороговая интенсивность и критическая интенсивность составляли порядка 1-10 ГВт/см². Пороговая мощность и критическая мощность составляли порядка 100-1000 Вт [2].The method and device for its implementation, selected as a prototype, have the disadvantage that the optical nonlinearity of the fiber is usually small, and therefore the threshold input switching power required to implement the method is large. The critical intensity is also great. So in the experiments described in [2], in which this method and device for its implementation were first implemented in the world, the threshold intensity and critical intensity were about 1-10 GW / cm ² . The threshold power and critical power were about 100-1000 W [2].

Чем больше оптическая нелинейность жилы или жил световода, тем при меньшей входной мощности возникает явление самопереключения оптического излучения и при меньшей входной мощности можно осуществить способ переключения и усиления.The greater the optical nonlinearity of the core or fiber, the lower the input power, the phenomenon of self-switching of optical radiation occurs and with the lower input power, a switching and amplification method can be implemented.

Иными словами, для снижения пороговой входной мощности переключения требуется световод с большой оптической нелинейностью.In other words, to reduce the threshold input switching power, a fiber with high optical nonlinearity is required.

Вместе с тем известно, что наибольшие оптические нелинейности достигаются в области резонанса. То есть когда несущая частота хотя бы одной из взаимодействующих волн в среде близка к частоте резонансного перехода между энергетическими уровнями среды. Иными словами, когда длина хотя бы одной из взаимодействующих волн близка к длине волны резонансного перехода между энергетическими уровнями среды. Обозначим этот резонансный переход, т.е. переход между энергетическими уровнями 1 (нижним) и 2 (верхним) как 1→2, или обратный переход (в случае инверсии населенностей) как 2→1. Однако в области резонанса велико и поглощение излучения. Это поглощение велико в том случае, если среда находится в обычном, не инверсном состоянии и происходят переходы 1→2. Если же среда находится в состоянии инверсии, то поглощение будет отсутствовать или даже сменится на усиление (если происходят вынужденные переходы 2→1). Такое состояние инверсии как раз и имеет место в эрбиевых усилителях, иттриевых усилителях и других усилителях на основе легированных редкоземельными элементами волоконных световодов. Например, в эрбиевых усилителях усиление оптического излучения происходит на переходе между энергетическими уровнями ⁴I_13/2→⁴I_15/2 (в общем случае, его можно назвать переходом между уровнями 2→1), а инверсия между ними создается по классической трехуровневой схеме [3] за счет диодной накачки. Важно подчеркнуть, что для наших целей инверсия населенностей не требуется. Достаточно, чтобы инверсия была нулевой или немного превышала ноль, компенсируя при этом неизбежные оптические потери. Иными словами, среда должна быть просветленной. Для этого относительная населенность верхнего метастабильного уровня 2 может быть лишь 50% или чуть выше. Это просветление или слабая инверсия населенностей достигаются, как и в случае EDFA, за счет диодной накачки (поступающей в торец световода), например, на длине волны 980 нм или 1450 нм. Такой режим позволяет уменьшить мощность излучение накачки от лазерного диода. Усиление - дифференциальное - оптического сигнала будет достигаться за счет эффекта самопереключения ОРСВ. Т.е. мощность лазерной диодной накачки может быть равна пороговой или быть чуть выше пороговой. При этом населенности уровней 2 и 1 равны или населенность уровня 2 чуть выше населенности уровня 1.However, it is known that the greatest optical nonlinearities are achieved in the resonance region. That is, when the carrier frequency of at least one of the interacting waves in the medium is close to the frequency of the resonant transition between the energy levels of the medium. In other words, when the length of at least one of the interacting waves is close to the wavelength of the resonant transition between the energy levels of the medium. We denote this resonant transition, i.e. the transition between the energy levels 1 (lower) and 2 (upper) as 1 → 2, or the reverse transition (in the case of population inversion) as 2 → 1. However, the absorption of radiation is also large in the resonance region. This absorption is large if the medium is in a normal, not inverse state and transitions 1 → 2 occur. If the medium is in a state of inversion, then absorption will be absent or even be replaced by amplification (if forced transitions 2 → 1 occur). Such an inversion state also occurs in erbium amplifiers, yttrium amplifiers, and other amplifiers based on fiber optical fibers doped with rare-earth elements. For example, in Erbium amplifiers, amplification of optical radiation occurs at the transition between energy levels ⁴ I _13/2 → ⁴ I _15/2 (in the general case, it can be called a transition between levels 2 → 1), and the inversion between them is created according to the classical three-level scheme [3] due to diode pumping. It is important to emphasize that population inversion is not required for our purposes. It is sufficient that the inversion be zero or slightly exceed zero, while compensating for the inevitable optical loss. In other words, the medium must be enlightened. For this, the relative population of the upper metastable level 2 can be only 50% or slightly higher. This enlightenment or weak population inversion is achieved, as in the case of EDFA, due to diode pumping (entering the end of the fiber), for example, at a wavelength of 980 nm or 1450 nm. This mode allows you to reduce the power of the pump radiation from the laser diode. The amplification - differential - of the optical signal will be achieved due to the effect of self-switching of ODSV. Those. the power of the laser diode pump can be equal to the threshold or slightly higher than the threshold. In this case, the populations of levels 2 and 1 are equal, or the population of level 2 is slightly higher than the population of level 1.

Технические результаты, достигаемые благодаря изобретению, заключаются в существенном снижении пороговой входной мощности переключения и критической мощности с одновременным повышением дифференциального коэффициента усиления (т.е. чувствительности устройств), а также достижение компактности и надежности устройства. Кроме того, техническим результатом изобретения является улучшение возможности управления процессом переключения и модуляции оптического излучения.The technical results achieved thanks to the invention are to significantly reduce the threshold input switching power and critical power while increasing the differential gain (i.e. sensitivity of the devices), as well as achieving compactness and reliability of the device. In addition, the technical result of the invention is to improve the ability to control the process of switching and modulation of optical radiation.

В предлагаемом способе переключения указанные технические результаты достигаются благодаря тому, что в способе переключения, усиления и модуляции оптического излучения в нелинейном световоде, изготовленном с возможностью распространения в нем по меньшей мере двух оптических однонаправленных распределенно-связанных волн (ОРСВ), при котором существенную роль играет нелинейное взаимодействие этих однонаправленных распределенно-связанных волн и выполнены условия для самопереключения оптической энергии между ними, причем на входе световода варьируют интенсивность или фазу хотя бы одной из этих ОРСВ, а на выходе световода разделяют участвующие в переключении ОРСВ, световод легируют ионами редкоземельных элементов и/или частицами полупроводников, длину волны по меньшей мере одной из ОРСВ выбирают близкой к средней длине волны перехода между энергетическими уровнями 2→1 редкоземельного элемента и/или частицы полупроводника, а именно отличающейся от средней длины волны этого перехода не более чем на 10%, и с помощью оптической накачки устраняют или уменьшают или делают отрицательными оптические потери по меньшей мере одной из ОРСВ в интервале длин волн, который соответствует средней длине волны и ширине перехода между энергетическими уровнями 2→1 редкоземельного элемента и/или полупроводниковой частицы (при распространении ОРСВ вдоль указанного световода) и тем устраняют, или уменьшают, или делают отрицательными суммарные оптические потери ОРСВ в этом нелинейно-оптическом световоде. Под суммарными потерями ОРСВ понимаются суммарные потери мощности (энергии) всех ОРСВ в этом нелинейно-оптическом световоде, т.е. к моменту достижения ими выхода этого световода.In the proposed switching method, the indicated technical results are achieved due to the fact that in the method of switching, amplification, and modulation of optical radiation in a nonlinear fiber made with the possibility of propagation in it of at least two optical unidirectional distributed-coupled waves (ORSV), in which a significant role is played nonlinear interaction of these unidirectional distributed-coupled waves and the conditions for self-switching of optical energy between them are satisfied, and at the input the gadgets vary the intensity or phase of at least one of these ORSVs, and those participating in the switching of the ORSVs are separated at the fiber output, the fiber is doped with rare-earth ions and / or semiconductor particles, the wavelength of at least one of the ORSVs is chosen close to the average wavelength of the transition between the energy levels 2 → 1 of a rare-earth element and / or a semiconductor particle, namely, differing from the average wavelength of this transition by no more than 10%, and using optical pumping, eliminate or reduce or make optical losses of at least one of the ORSVs in the wavelength range, which corresponds to the average wavelength and the width of the transition between the energy levels 2 → 1 of the rare-earth element and / or the semiconductor particle (during the propagation of ORSV along the specified optical waveguide), and thereby eliminate, or reduce, or the total optical loss of the ODSV in this nonlinear optical fiber is made negative. The total losses of ODSW are understood as the total losses of power (energy) of all ODSV in this nonlinear optical fiber, i.e. by the time they reach the exit of this fiber.

Как правило, несущие частоты ОРСВ, и следовательно, длины ОРСВ совпадают. Фраза о том, что «длину волны по меньшей мере одной из ОРСВ выбирают близкой к средней длине волны перехода» подразумевает случаи, когда несущие частоты ОРСВ, и следовательно, длины ОРСВ различаются. Такая ситуация имеет место в условиях нелинейного взаимодействия ОРСВ на различных частотах, например в условиях преобразования частоты, генерации второй гармоники, параметрического усиления, трехчастотного взаимодействия и четырехчастотного взаимодействия. Но и в случае трехчастотного и четырехчастотного взаимодействия в принципе можно подобрать длины одновременно двух, трех и даже четырех ОРСВ близкими к длинам волн резонансных переходов материала световода. Такой подбор позволяет дополнительно увеличить оптическую нелинейность световода для выбранных ОРСВ и улучшить технические результаты, достигаемые благодаря изобретению.As a rule, the carrier frequencies of the ODSV, and therefore the lengths of the ODSV, are the same. The phrase that “the wavelength of at least one of the ORSVs is chosen close to the average transition wavelength” implies cases where the carrier frequencies of ORSV, and therefore, the lengths of ORSV, are different. Such a situation occurs under conditions of nonlinear interaction of ODSW at various frequencies, for example, under conditions of frequency conversion, second harmonic generation, parametric amplification, three-frequency interaction, and four-frequency interaction. But even in the case of three-frequency and four-frequency interaction, in principle, it is possible to choose the lengths of two, three, and even four SIRSs simultaneously close to the wavelengths of the resonant transitions of the fiber material. This selection allows you to further increase the optical nonlinearity of the fiber for the selected ORSV and improve the technical results achieved thanks to the invention.

Возможно, например, изготовление световода, легированного тремя редкоземельными элементами или частицами трех видов полупроводников. Каждая легирующая примесь имеет свой резонансный переход. В этом световоде могут распространяться и взаимодействовать три ОРСВ, имеющие различные частоты ω₁, ω₂, ω₃, такие что ω₃=ω₁+ω₂ (т.е. речь идет о квадратично-нелинейном взаимодействии ОРСВ). Причем каждая из частот соответствует своему резонансному переходу (т.е. своему редкоземельному элементу или своему виду полупроводника, частицами которого легирован световод). При этом максимально повышается нелинейный коэффициент световода (в данном случае - квадратичный, а не кубичный). А комбинированная оптическая накачка (скажем от трех лазерных диодов), содержащая излучения на трех различных частотах (т.е. имеющая три различные длины волны), позволяет (путем соответствующего выбора частот) уменьшить, или устранить, или сделать отрицательными потери на каждой из этих частот и тем самым уменьшить, или устранить, или сделать отрицательными суммарные потери ОРСВ в этом нелинейно-оптическом световоде.It is possible, for example, to fabricate a fiber doped with three rare-earth elements or particles of three types of semiconductors. Each dopant has its own resonant transition. In this fiber, three ORSVs with different frequencies ω ₁ , ω ₂ , ω ₃ can propagate and interact, such that ω ₃ = ω ₁ + ω ₂ (i.e., this is a quadratic-nonlinear interaction of ORSV). Moreover, each of the frequencies corresponds to its resonant transition (i.e., its rare-earth element or its type of semiconductor, the particles of which are doped with a fiber). At the same time, the non-linear coefficient of the fiber is maximized (in this case, it is quadratic, not cubic). A combined optical pumping (say from three laser diodes) containing radiation at three different frequencies (i.e., having three different wavelengths) allows (by appropriate selection of frequencies) to reduce, eliminate, or make negative the losses at each of these frequencies and thereby reduce, or eliminate, or make negative the total loss of ODSV in this nonlinear optical fiber.

Указанное отклонение длины хотя бы одной из ОРСВ не более чем на 10% от средней дины волны перехода связано со следующими соображениями. Во-первых, переход между энергетическими уровнями имеет некоторую ширину и под длиной волны перехода следует понимать некоторую среднюю длину волны перехода. Например, для ионов эрбия переход ⁴I_13/2→⁴I_15/2 имеет ширину примерно 50 нм (в пересчете на длину волны), а средняя длина волны перехода составляет примерно 1545 нм. Таким образом, ширина перехода составляет примерно 3% от средней длины волны перехода. В принципе возможны случаи и более широких переходов между энергетическими уровнями легирующей примеси. Во-вторых, влияние резонансного увеличения оптической нелинейности, а вместе с ней и резонансного поглощения может проявляться даже при заметном отклонении длины волны излучения от длины волны резонансного перехода. Оценки и расчеты показывают, что влияние этого резонансного перехода на нелинейный коэффициент световода и величину поглощения может быть существенным, если длина хотя бы одной из ОРСВ отклоняется от средней длины волны перехода не более чем на 10%.The indicated deviation of the length of at least one of the ORSVs by no more than 10% of the average length of the transition wave is due to the following considerations. Firstly, the transition between energy levels has a certain width, and the transition wavelength should be understood to mean some average transition wavelength. For example, for erbium ions, the ⁴ I _13/2 → ⁴ I _15/2 transition has a width of about 50 nm (in terms of wavelength), and the average transition wavelength is about 1545 nm. Thus, the transition width is approximately 3% of the average transition wavelength. In principle, cases of wider transitions between the energy levels of the dopant are also possible. Secondly, the influence of the resonant increase in optical nonlinearity, and with it the resonance absorption, can occur even when the radiation wavelength deviates noticeably from the resonance transition wavelength. Estimates and calculations show that the effect of this resonant transition on the nonlinear fiber coefficient and absorption value can be significant if the length of at least one of the ORSV deviates from the average transition wavelength by no more than 10%.

Световод выполняется, как правило, волоконным на основе кварцевого стекла (плавленого кварца). Он может быть выполнен на основе кварца или многокомпонентного стекла. Световод может быть выполнен и на основе фотонных кристаллов.The fiber is usually made fiber based on silica glass (fused silica). It can be made on the basis of quartz or multi-component glass. The fiber can be made on the basis of photonic crystals.

Излучение накачки обычно вводится в световод через его торец, но в некоторых случаях оно может подаваться в световод через его боковую поверхность.The pump radiation is usually introduced into the fiber through its end, but in some cases it can be supplied to the fiber through its side surface.

В качестве оптической накачки обычно применяется лазерная диодная накачка, т.е. оптическая накачка от полупроводниковых лазерных диодов или полупроводниковых лазеров. Как правило, для оптической накачки используется, по меньшей мере, один полупроводниковый лазерный диод (полупроводниковый лазер). В принципе, можно использовать оптическую накачку от полупроводниковых светодиодов. Оптическое излучение накачки в принципе может влиять на условие самопереключения ОРСВ, но при определенных условиях этим влиянием можно пренебречь (см. ниже вариант осуществления изобретения). Если же оптическая накачка существенно влияет на процесс самопереключения ОРСВ в световоде, то оптическую накачку можно рассматривать как ОРСВ. С использованием этого влияния в некоторых случаях предлагаемый способ может осуществляться путем варьирования мощности оптической накачки, подаваемой в световод. Такой вариант способа можно использовать для модуляции мощности излучения на выходе предлагаемого устройства путем слабой модуляции мощности оптической накачки, подаваемой в световод.As optical pumping, laser diode pumping, i.e. optical pumping from semiconductor laser diodes or semiconductor lasers. Typically, at least one semiconductor laser diode (semiconductor laser) is used for optical pumping. In principle, you can use optical pumping from semiconductor LEDs. Optical pump radiation can, in principle, affect the condition for OCRS self-switching, but under certain conditions this effect can be neglected (see below, an embodiment of the invention). If optical pumping significantly affects the process of self-switching of ODSV in the fiber, then optical pumping can be considered as ODSV. Using this influence, in some cases, the proposed method can be implemented by varying the optical pump power supplied to the fiber. This method variant can be used to modulate the radiation power at the output of the proposed device by weakly modulating the optical pump power supplied to the fiber.

Разумеется, световод может быть легирован не одним редкоземельным элементом, а двумя или даже большим количеством редкоземельных элементов. В этом случае длина хотя бы одной из ОРСВ должна быть близка к средней длине волны перехода между энергетическими уровнями хотя бы одного из видов легирующей примеси. Аналогично световод может быть легирован не только одним видом частиц полупроводника, а он может быть легирован двумя или даже большим количеством видов частиц полупроводника. В этом случае длина хотя бы одной из ОРСВ должна быть близка к средней длине волны перехода между энергетическими уровнями хотя бы одного из видов легирующей примеси. В качестве критерия близости длины волны можно принять указанные выше 10% от средней длины волны перехода. Возможен также случай световода, легированного как ионами редкоземельных элементов, так и частицами полупроводника, причем легирующие примеси могут включать разные редкоземельные элементы и разные полупроводники.Of course, the light guide can be doped not with one rare earth element, but with two or even more rare earth elements. In this case, the length of at least one of the ORSV should be close to the average wavelength of the transition between the energy levels of at least one of the types of dopant. Similarly, a fiber can be doped with not only one type of semiconductor particles, but it can be doped with two or even more types of semiconductor particles. In this case, the length of at least one of the ORSV should be close to the average wavelength of the transition between the energy levels of at least one of the types of dopant. As a criterion for the proximity of the wavelength, you can take the above 10% of the average wavelength of the transition. The case of a fiber doped with both rare-earth ions and semiconductor particles is also possible, and dopants can include different rare-earth elements and different semiconductors.

Степень легирования жил световода обычно составляет от 10¹⁸ см^-3 до 10¹⁹ см^-3.The degree of doping of the fibers is usually from 10 ¹⁸ cm ^-3 to 10 ¹⁹ cm ^-3 .

Мощность оптической накачки обычно составляет 10-100 мВт.The optical pump power is usually 10-100 mW.

Для осуществления способа большая инверсия не нужна, и поэтому населенность верхнего уровня, как правило, не превышает 60%. Представляет интерес еще меньшая населенность верхнего уровня, которая не превышает 55% и даже 51%, ибо при уменьшении инверсии уменьшаются спонтанные шумы, характерные для эрбиевых усилителей. Для предлагаемого способа переключения, усиления и модуляции инверсия вообще не является необходимой, так как дифференциальное усиление достигается за счет переключения ОРСВ. Поэтому достаточно, чтобы населенность верхнего уровня составляла 50%. Теоретически она может быть еще меньше, например 49% (в этом случае положительные потери не нарушат явление самопереключения ОРСВ, хотя и ухудшат его).To implement the method, a large inversion is not needed, and therefore the population of the upper level, as a rule, does not exceed 60%. Of interest is the even lower population of the upper level, which does not exceed 55% and even 51%, because with a decrease in inversion, spontaneous noises characteristic of erbium amplifiers decrease. For the proposed method of switching, amplification, and modulation, inversion is not necessary at all, since differential amplification is achieved by switching ORSV. Therefore, it is sufficient that the population of the upper level is 50%. Theoretically, it can be even smaller, for example 49% (in this case, positive losses will not violate the phenomenon of self-switching of ODSV, although it will worsen it).

В важном частном случае в качестве легирующих ионов редкоземельных элементов используются ионы эрбия (Er) и/или иттербия (Yb). В этом случае устраняются оптические потери для ОРСВ или даже обеспечивается усиление их общей суммарной мощности в диапазоне длин волн от λ=1.4 мкм до λ=1.65 мкм. При этом излучение накачки обычно имеет длину волны 980 нм и/или 1480 нм.In an important particular case, erbium (Er) and / or ytterbium (Yb) ions are used as alloying ions of rare-earth elements. In this case, optical losses are eliminated for ORSV, or even their total total power is enhanced in the wavelength range from λ = 1.4 μm to λ = 1.65 μm. In this case, the pump radiation typically has a wavelength of 980 nm and / or 1480 nm.

В другом частном случае в качестве легирующих ионов редкоземельных элементов используются ионы празеодима (Pr) и/или неодима (Nd). В этом случае, как правило, устраняются оптические потери для ОРСВ в диапазоне длин волн от λ=1.250 мкм до λ=1.350 мкм. В случае легирования световода ионами неодима накачка перехода 2→1 осуществляется по четырехуровневой схеме.In another particular case, praseodymium (Pr) and / or neodymium (Nd) ions are used as alloying ions of rare-earth elements. In this case, as a rule, optical losses are eliminated for ORSV in the wavelength range from λ = 1.250 μm to λ = 1.350 μm. In the case of doping the fiber with neodymium ions, the 2 → 1 transition is pumped according to a four-level scheme.

Световод может быть легирован не только ионами редкоземельных элементов, но и частицами полупроводников, которые обладают большой оптической нелинейностью, особенно вблизи резонанса. В качестве таких полупроводниковых частиц могут использоваться, например, нанокристаллы CdS_1-хSe_x.A fiber can be doped not only with rare-earth ions, but also with semiconductor particles, which have large optical nonlinearity, especially near resonance. As such semiconductor particles, for example, CdS _1-x Se _x nanocrystals can be used.

Если ОРСВ представляют собой волны в соседних туннельно-связанных волноводах, то световод выполнен двужильным, или трехжильным, или многожильным.If ORSV are waves in adjacent tunnel-coupled waveguides, then the fiber is made of two-core, or three-core, or multi-core.

Если ОРСВ представляют собой волны различных поляризаций, то световод выполнен двулучепреломляющим, и/или магнитоактивным, и/или оптически активным.If ORSV are waves of different polarizations, then the fiber is made birefringent, and / or magnetoactive, and / or optically active.

ОРСВ могут являться различными модами световода, взаимодействующими между собой. В этом случае световод, как правило, выполнен неоднородным.ORSVs can be different fiber modes interacting with each other. In this case, the fiber is usually made heterogeneous.

В частном случае, в качестве переключаемых ОРСВ в световод вводится излучение в виде последовательности оптических солитонов. В этом случае, как правило, длина волны солитонов лежит в диапазоне от 1300 нм до 1650 нм.In the particular case, radiation as a sequence of optical solitons is introduced into the fiber as switchable OCRSs. In this case, as a rule, the wavelength of solitons lies in the range from 1300 nm to 1650 nm.

Устройство для реализации предложенного способа переключения, усиления и модуляции оптического излучения содержит нелинейно-оптический световод, выполненный с возможностью распространения в нем по меньшей мере двух ОРСВ, и оптический элемент для разделения этих ОРСВ на выходе устройства, причем световод легирован ионами редкоземельных элементов и/или полупроводниковыми частицами и снабжен оптическим элементом для ввода в указанный световод оптической накачки.A device for implementing the proposed method for switching, amplifying and modulating optical radiation comprises a nonlinear optical fiber configured to propagate at least two ORSVs in it, and an optical element for separating these ORSVs at the output of the device, the fiber being doped with rare-earth ions and / or semiconductor particles and is equipped with an optical element for input into the specified optical fiber optical pump.

Как правило, оптический элемент для ввода в указанный световод оптической накачки является оптическим элементом для ввода в указанный световод диодной накачки или лазерной диодной накачки.Typically, an optical element for introducing optical pumping into said optical fiber is an optical element for introducing diode pumping or laser diode pumping into said optical fiber.

Как правило, предлагаемое устройство снабжено по меньшей мере одним оптическим изолятором.Typically, the proposed device is equipped with at least one optical isolator.

В важном частном случае световод легирован ионами эрбия и/или иттербия.In an important particular case, the fiber is doped with erbium and / or ytterbium ions.

В другом частном случае световод легирован полупроводниковыми частицами, например нанокристаллами CdS_1-хSe_x.In another particular case, the fiber is doped with semiconductor particles, for example, CdS _1-x Se _x nanocrystals.

Световод может быть выполнен двужильным или трехжильным или многожильным. В этом случае, как правило, существенную роль играет туннельная связь между волнами в различных жилах световода.The light guide can be made two-core or three-core or multi-core. In this case, as a rule, a significant role is played by the tunnel coupling between the waves in different veins of the fiber.

В другом частном случае световод выполняется двулучепреломляющем, или магнитоактивным, или оптически активным.In another particular case, the optical fiber is birefringent, or magnetically active, or optically active.

Световод может быть выполнен неоднородным для обеспечения взаимодействия различных волноводных мод в нем.The fiber can be made heterogeneous to ensure the interaction of various waveguide modes in it.

Оптический элемент для ввода излучения лазерной диодной накачки в указанный световод, как правило, содержит волновой мультиплексор или сам является волновьм мультиплексором.An optical element for introducing laser diode pump radiation into said optical fiber, as a rule, contains a wave multiplexer or is itself a wave multiplexer.

Предлагаемое устройство может содержать, по меньшей мере, одну решетку Брэгга.The proposed device may contain at least one Bragg grating.

Изобретение поясняется графиками на фигурах 1, 2, построенными на основе математического моделирования явления самопереключения ОРСВ в световоде. На них показаны три кривые самопереключения: кривая 1 соответствует отрицательным потерям, т.е. случаю самопереключения двух ОРСВ в усилителе со слабой инверсией; кривая 0 - нулевым потерям; и кривая 2 - положительным потерям, равным по абсолютной величине потерям для кривой 1. По оси абсцисс отложена входная интенсивность, нормированная на критическую интенсивность для случая нулевых потерь [1]: RO=I₀₀/I_м. По оси ординат отложен коэффициент передачи мощности излучения нулевой волной: Т₀=I_0l/I₀₀. I₀₀=I₀(z=0). I_0l=I₀(z=l). l - длина световода. На фигуре 1 показано самопереключение двух ОРСВ при подаче на вход световода одной из ОРСВ (скажем, при вводе переключаемого излучения только в одну из жил световода, если ОРСВ представляют собой волны в двух туннельно-связанных жилах). В этом случае самопереключение происходит, если R0≈1, R1=I₁₀/I_м=0. На фиг.2 рассмотрен другой режим самопереключения - самопереключение идентичных ОРСВ с близкими интенсивностями и равными фазами на входе: Rl=I₁₀/I_м=0.6≈R0=0.6. Обозначения взяты из [1-2]: R0=I₀₀/I_м, R1=I₁₀/I_м, Iм=4К/|θ| - критическая интенсивность для случая нулевых потерь, К - коэффициент линейной распределенной связи (в случае двужильного световода - туннельной) между переключаемыми ОРСВ, θ - нелинейно-оптический коэффициент жилы световода, I_j0 - интенсивность j-й волны на входе световода, в случае двух жил j=0,1.The invention is illustrated by graphs in figures 1, 2, built on the basis of mathematical modeling of the phenomenon of self-switching ODSV in the fiber. They show three self-switching curves: curve 1 corresponds to negative losses, i.e. the case of self-switching of two ORSVs in an amplifier with a weak inversion; curve 0 - zero loss; and curve 2 - positive losses equal in absolute value to losses for curve 1. The input intensity normalized to the critical intensity for the case of zero losses is plotted along the abscissa axis [1]: RO = I ₀₀ / I _m . The ordinate shows the transmission coefficient of the radiation power of the zero wave: T ₀ = I _0l / I ₀₀ . I ₀₀ = I ₀ (z = 0). I _0l = I ₀ (z = l). l is the length of the fiber. Figure 1 shows the self-switching of two ORSVs when one of the ORSVs is fed to the input of the fiber (say, when switching radiation is introduced only into one of the fibers of the fiber, if the ORSVs are waves in two tunnel-connected wires). In this case, self-switching occurs if R0≈1, R1 = I ₁₀ / I _m = 0. In Fig. 2, another mode of self-switching is considered - self-switching of identical OCRSs with similar intensities and equal phases at the input: Rl = I ₁₀ / I _m = 0.6≈R0 = 0.6. Designations are taken from [1-2]: R0 = I ₀₀ / I _m , R1 = I ₁₀ / I _m , Im = 4K / | θ | is the critical intensity for the case of zero losses, K is the coefficient of linear distributed coupling (in the case of a two-core fiber - tunneling) between the switched ODSWs, θ is the nonlinear optical coefficient of the fiber core, I _j0 is the intensity of the jth wave at the fiber input, in the case of two veins j = 0,1.

Из фигур 1 и 2 видно, что при отрицательном поглощении дифференциальный коэффициент усиления в точке самопереключения существенно увеличивается по сравнению со случаем нулевых потерь. При отрицательных потерях нормированная входная интенсивность, при которой происходит самопереключение ОРСВ, оказывается меньше 1. Т.е. критическая интенсивность меньше, чем критическая интенсивность для нулевых потерь и рассчитывается по формуле: I_м=σ·4К/|θ|, где коэффициент σ<1. Кроме того, сам нелинейный коэффициент θ вблизи резонанса значительно возрастает и поэтому дополнительно снижает критическую интенсивность, т.е. входную интенсивность вблизи которой происходит самопереключение ОРСВ.From figures 1 and 2 it is seen that with negative absorption, the differential gain at the point of self-switching increases significantly compared with the case of zero loss. With negative losses, the normalized input intensity at which the self-switching of the ODSW occurs is less than 1. That is, the critical intensity is less than the critical intensity for zero losses and is calculated by the formula: I _m = σ · 4K / | θ |, where the coefficient σ <1. In addition, the nonlinear coefficient θ itself increases significantly near the resonance and therefore additionally reduces the critical intensity, i.e. input intensity near which the ODSW self-switching occurs.

Аналогичные кривые самопереключения получаются и для других режимов самопереключения. Например, можно подать на одну из жил волну с интенсивностью, близкой к критической R0≈1, а на вход другой жилы слабую волну R1≈0. В общем случае [1, 2] интенсивности и фазы ОРСВ в световоде и на выходе световода описываются эллиптическими функциями, и условие их самопереключения определяется из следующего условия: модуль (r) эллиптической функции (через которую выражаются выходные интенсивности ОРСВ) должен быть близок к единице: r≈1 [1, 2]. Именно из этого условия находятся параметры подаваемых на вход волн (ОРСВ), необходимые для данного способа переключения.Similar self-switching curves are obtained for other modes of self-switching. For example, it is possible to apply a wave with an intensity close to critical R0≈1 to one of the veins, and a weak wave R1≈0 to the input of another vein. In the general case [1, 2], the ODSW intensities and phases in the fiber and at the fiber output are described by elliptic functions, and the condition for their self-switching is determined from the following condition: the modulus (r) of the elliptic function (through which the ODSW output intensities are expressed) should be close to unity : r≈1 [1, 2]. It is from this condition that the parameters of the input waves (ORSV) necessary for this switching method are found.

Приведем вариант осуществления изобретения. Использовался двужильный волоконный световод на основе плавленого кварца с расстоянием между жилами порядка 10 мкм, диаметр каждой жилы составлял примерно 3 мкм. Как известно [3], диаметр жилы волокна легированного эрбием меньше, чем для обычного одномодового волокна (для которого диаметр жилы примерно 9 мкм). Жилы в сочетании с общей оболочкой образовывали одномодовые (на длине волны λ=1550 нм) волноводы, туннельно-связанные между собой на этой длине волны. Длина одной перекачки энергии между жилами на длине волны λ=1550 нм составляла 5 м. Длина световода составляла 15 м. Таким образом, на длине световода укладывалось примерно 3 линейных перекачки мощности между жилами. Степень легирования жил световода ионами эрбия составляет 0.5·10¹⁹ см^-3. Оптическая накачка представляла собой лазерную диодную накачку с длиной волны 980 нм: излучение накачки от полупроводникового лазера вводилось в обе жилы световода с помощью волнового мультиплексора. Излучение на длине волны 1550 нм вводилось в одну из двух жил световода, и его входная мощность составляла примерно 100 мВт, т.е. была существенно меньше, чем в упомянутых выше первых в мире экспериментах [2]. Населенность верхнего уровня перехода 2→1 составляла 55%. Малое изменение порядка 0.05 мВт мощности оптического сигнала (на длине волны 1550 нм) на входе одной жилы световода вызывало на выходе каждой жилы гораздо большее по величине изменение мощности (на длине волны 1550 нм), составляющее по величине около 100 мВт. Причем изменение мощности на выходе жил происходило в противофазе: на выходе одной жилы мощность увеличивалась, а на выходе другой жилы - уменьшалась на ту же величину. Таким образом, дифференциальный коэффициент усиления оптического сигнала составлял около 2000.Here is an embodiment of the invention. A two-core fused silica fiber was used with a core spacing of about 10 μm, and each core diameter was approximately 3 μm. As is known [3], the core diameter of an erbium-doped fiber is smaller than for a conventional single-mode fiber (for which the core diameter is approximately 9 μm). The veins in combination with a common sheath formed single-mode (at a wavelength of λ = 1550 nm) waveguides that are tunnel-coupled to each other at this wavelength. The length of one energy transfer between the conductors at a wavelength of λ = 1550 nm was 5 m. The fiber length was 15 m. Thus, approximately 3 linear power transfers between the conductors fit into the fiber length. The degree of doping of the fiber with erbium ions is 0.5 · 10 ¹⁹ cm ^-3 . Optical pumping was a laser diode pumping with a wavelength of 980 nm: pump radiation from a semiconductor laser was introduced into both fibers of the fiber using a wave multiplexer. The radiation at a wavelength of 1550 nm was introduced into one of the two fibers of the fiber, and its input power was approximately 100 mW, i.e. was significantly less than in the above-mentioned first world experiments [2]. The population of the upper level of the 2 → 1 transition was 55%. A small change in the order of 0.05 mW of the optical signal power (at a wavelength of 1550 nm) at the input of one fiber core caused a much larger change in power (at a wavelength of 1550 nm) at the output of each core, amounting to about 100 mW. Moreover, the change in power at the output of the wires occurred in antiphase: at the output of one core, the power increased, and at the output of another core - decreased by the same amount. Thus, the differential gain of the optical signal was about 2000.

Отметим, что коэффициент связи ОРСВ переключаемого между жилами излучения на длине волны 1550 нм значительно больше коэффициента связи (между этими же жилами) излучения на длине волны диодной накачки. Это обусловлено тем, что длина волны (980 нм) излучения диодной накачки значительно меньше, и поэтому коэффициент распределенной (в данном случае - туннельной) связи между жилами для излучения диодной накачки пренебрежимо мал [1, 2]. Поэтому излучение диодной накачки в переключении не участвовало.It should be noted that the OCRF coupling coefficient of the radiation switched between the cores at a wavelength of 1550 nm is much larger than the coupling coefficient (between the same cores) of the radiation at the diode pump wavelength. This is due to the fact that the wavelength (980 nm) of the diode pump radiation is much smaller, and therefore the coefficient of the distributed (in this case, tunnel) coupling between the cores for the diode pump radiation is negligible [1, 2]. Therefore, the diode pump radiation did not participate in the switching.

Хотя рассмотрен конкретный случай самопереключения излучения, множество других режимов самопереключения излучения, описанных в [1-2], также реализуются аналогично.Although a specific case of radiation self-switching is considered, many other radiation self-switching modes described in [1-2] are also implemented in a similar way.

Литература.Literature.

1. А. А. Майер. Оптическое самопереключение однонаправленных распределенно-связанных волн. УФН, 1995, т.165, №9, с.1037-10751. A. A. Mayer. Optical self-switching of unidirectional distributed-coupled waves. UFN, 1995, v. 165, No. 9, pp. 1037-1075

2. А.А. Майер. Экспериментальное наблюдение явления самопереключения однонаправленных распределенно-связанных волн. УФН, 1996, т.166, №11, с.1171-1196.2. A.A. Mayer. Experimental observation of the phenomenon of self-switching of unidirectional distributed-coupled waves. UFN, 1996, vol. 166, No. 11, pp. 1171-1196.

3. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы. Под ред. С.А.Дмитриева, Н.Н.Слепова. Издательство Connect, Москва 2000.3. Fiber optic technology: history, achievements, prospects. Ed. S.A.Dmitrieva, N.N. Slepova. Connect Publisher, Moscow 2000.

4. А.С.Курков, О.Е.Наний. LightWave, Russian Edition, Nol, p.14, 2003.4. A.S. Kurkov, O.E. Naniy. LightWave, Russian Edition, Nol, p.14, 2003.

5. А.А.Майер. Способ передачи информации в системах оптической связи. Патент РФ №2246177.5. A.A. Mayer. A method of transmitting information in optical communication systems. RF patent №2246177.

6. Е.С.Новиков, А.А.Майер. Оптический транзистор и его применение. Морская радиоэлектроника №1, март 2006, стр.40-43.6. E.S. Novikov, A.A. Mayer. Optical transistor and its application. Marine Electronics No. 1, March 2006, pp. 40-43.

Claims

1. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation in a nonlinear optical fiber made with the possibility of propagation in it of at least two optical unidirectional distributed-coupled waves, while the total power of these waves at the input must be higher than the threshold input switching power and / or the conditions for the self-switching of optical energy between these waves are satisfied, and at the input of the fiber, the intensity or phase of at least one of these waves varies, and those involved in the irradiating the wave after they exit the fiber, characterized in that they use a fiber doped with ions of at least one rare-earth element and / or particles of at least one type of semiconductor, the length of at least one of the unidirectional optical distributed coupled waves are chosen equal to the average wavelength of the transition between the energy levels of the rare-earth element and / or the semiconductor particle or differing from the average wavelength of this transition by no more than 10%, and using optical pumping and introduced into the nonlinear optical fiber, reduce or eliminate negative or make total optical power loss optical unidirectional distributively-coupled waves in the nonlinear optical fiber.

2. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that diode pumping is used as the optical pump.

3. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that the optical radiation uses the optical radiation of at least one laser semiconductor diode.

4. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that the population of the upper level of the specified transition does not exceed 55%.

5. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that the fiber used is doped with erbium and / or ytterbium ions.

6. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 5, characterized in that the optical pump radiation has a wavelength of 980 nm and / or a wavelength of 1480 nm.

7. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 5, characterized in that the total optical power loss of the optical unidirectional distributed-coupled waves in the wavelength range from λ = 1.4 μm to λ = 1.65 μm is reduced, eliminated or negative.

8. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that the fiber used is doped with ions of two or more rare earth elements and / or particles of two or more types of semiconductors.

9. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that praseodymium and / or neodymium ions are used as doping ions of rare-earth elements.

10. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 9, characterized in that the total optical power loss of the optical unidirectional distributed-coupled waves in the wavelength range from λ = 1.250 μm to λ = 1.350 μm is reduced or eliminated or made negative.

11. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that the fiber used is doped with CdS _1-x Se _x nanocrystals.

12. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the nonlinear optical fiber is made of fiber.

13. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the nonlinear optical fiber is made two-core.

14. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the nonlinear optical fiber is multi-strand.

15. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the non-linear optical fiber is birefringent and / or magnetically active and / or optically active, and unidirectional distributed-coupled waves are waves of different polarizations .

16. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the unidirectional distributed-coupled waves are different modes of a nonlinear optical fiber.

17. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that as the switched unidirectional distributed-coupled waves, optical radiation is introduced in the form of a sequence of solitons.

18. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to 17, characterized in that the wavelength of the solitons lies in the range from 1300 to 1650 nm.

19. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that the unidirectional distributed-coupled waves are waves at different frequencies.

20. The method of switching, amplification and modulation of optical radiation according to claim 1, characterized in that the optical pump power input to the nonlinear optical fiber is varied.

21. A device for switching, amplifying and modulating optical radiation, comprising a non-linear optical fiber made with the possibility of propagating in it at least two unidirectional distributed-coupled waves, and equipped with an optical element for separating these waves at the output of the device, characterized in that the fiber is doped with ions of at least one rare-earth element and / or particles of at least one type of semiconductor and is equipped with an optical element for input into the specified fiber optical pumping.

22. A device for switching, amplifying and modulating optical radiation according to claim 21, characterized in that at the input and / or output this device is equipped with at least one optical isolator.

23. The device for switching, amplifying and modulating optical radiation according to item 21, wherein the optical element for input into the specified optical pump optical fiber is made in the form of a wave multiplexer or includes a wave multiplexer.

24. A device for switching, amplifying and modulating optical radiation according to claim 21, characterized in that the non-linear optical fiber is doped with erbium and / or ytterbium ions.

25. The device for switching, amplifying and modulating optical radiation according to item 21, characterized in that the nonlinear optical fiber is doped with ions of two or more rare earth elements and / or particles of two or more types of semiconductors.