Instytut Łączności

Kierownik zadania:

dr hab. Marian Marciniak

Cel zadania:

Celem głównym realizacji zadania były badania nowatorskich elementów i zjawisk elektromagnetycznych w zakresie optycznym i terahercowym w optycznych systemach telekomunikacyjnych oraz w sieciach szóstej generacji z zastosowaniem zaawansowanych metod analitycznych i numerycznych, jak również nowatorskich rozwiązań transmisji optycznej wykorzystujących efekt Ramanowski do wzmacniania sygnałów optycznych w szerokim zakresie pasm.

Celem cząstkowym zadania było rozbudowanie modelu matematycznego wzmacniacza ramanowskiego do rzędu trzeciego jak również poszerzenie pasma wykraczające poza C, L i S. Dzięki zastosowaniu rozproszonych wzmocnień Ramana wyższego rzędu, można skutecznie zmniejszyć wahania mocy sygnału, co prowadzi do bardzo równomiernego rozkładu mocy optycznej sygnału, utrzymując wyższe OSNR - przełoży się to bezpośrednio na poprawę wydajności transmisji optycznej. Rozszerzony model zostanie wykorzystany do symulacji światłowodowej transmisji optycznej.

Opis zrealizowanych prac:

Przeprowadzono zaawansowane badania nowatorskich elementów i zjawisk elektromagnetycznych w zakresie optycznym i terahercowym. Dokonano rozszerzenia stosowalności analitycznej metody pojedynczego wyrażenia MSE (Method of Single Expression) do elektromagnetycznego modelowania metamateriałów o przenikalności dielektrycznej bliskiej zeru ENZ (Epsilon-Near-Zero Materials). W szczególności badano fizyczne podstawy i przyczyny zdolności absorpcyjnej materiałów i struktur ENZ, w tym cienkowarstwowych struktur jednorodnych i struktur wielowarstwowych, optycznych mikro-wnęk rezonansowych w konfiguracji Fabry-Perot i rezonatorów pierścieniowych. Dokonano analizy wymienionych elementów fotonicznych oraz optymalizacji ich parametrów użytkowych. Uzyskane rezultaty potwierdziły stosowalność metody MSE do projektowania zaawansowanych elementów fotonicznych zawierających materiały ENZ. 

Przeprowadzono badania symulacyjne wzmacniacza światłowodowego Ramana. Dokonano optymalizacji pod kątem wydajności w paśmie S o szerokości 5 THz (196,2–201,1 THz; 1490,76–1527,99 nm). Długość fali pompy Ramana została dostrojona w zakresie od 1318 do 1344 nm w celu znalezienia optymalnego punktu. FBG umieszczona na końcu 60-kilometrowego światłowodu jednomodowego, przesunięta o 88 nm w górę od długości fali pompy, zwiększa efektywność poprzez przekazywanie energii do wzmacnianego sygnału, minimalizując wahania mocy wzmocnienia sygnału jak również eliminując potrzebę instalacji dodatkowej pompy ramanowskiej. Wyniki potwierdzają przydatność konstrukcji DRA do rozbudowy optycznej komunikacji o wysokiej przepustowości w paśmie S. 

Opis najważniejszych osiągnięć:

Głównym produktem pracy jest opracowanie zawierające przegląd zadań badawczych i rezultatów ich realizacji szczegółowo ujętych w publikacjach naukowych.

Produktem jest również złożony wniosek MSCA Staff Exchange (SMART: deSigning a Meaning-Aware eneRgy-efficient optical communication network archiTecture) otwierający drogę współpracy w czołowych światowych instytucjach (16 partnerów) dla pracowników Z12. 

Publikacje:

Artykuły:

[1] Goncharenko, Igor A.; Ilyushonak, Aliaksandr V.; Marciniak, Marian [Z-12, IŁ-PIB]; Reabtsev, Vitaly N.: Optimization of the parameters of the detector of ionizing radiation on the base of waveguide ring resonators with hyperlinked fluoropolymer (Journal of the Optical Society of America B) Optica Publishing Group, 2025, no. 8, vol. 42, https://opg.optica.org/josab/abstract.cfm?uri=josab-42-8-1777

[2] Rosa, Paweł [Z-12, IŁ-PIB]: Modeling S-Band Communication Window Using Random Distributed Raman Laser Amplifier (Electronics) MDPI, 2025, no. 7, vol. 14, p. 3527, https://www.mdpi.com/2079-9292/14/17/3527

Monografie, materiały konferencyjne zwarte:

[3] Cojocaru, Crina Maria; Spadaro, Salvatore; Marciniak, Marian [Z-12, IŁ-PIB]; 2025 25th Anniversary International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), - Conference Proceedings, Barcelona, Catalonia, Spain, July 6-10, 2025; IEEE Catalog Number: CFP25485-CDR, ISBN: 979-8-3315-9775-7, DOI: 10.1109/ICTON67126.2025

Referaty i prezentacje na konferencjach międzynarodowych

[4] P. Rosa [Z-12, IŁ-PIB], "Challenges in Distributed Raman Amplification Across S-Band," 2025 25th Anniversary International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Barcelona, Spain, 2025, pp. 1-3, 10.1109/ICTON67126.2025.11125090

[5] H. V. Baghdasaryan, T. M. Knyazyan, T. T. Hovhannisyan, M. Marciniak and T. Baghdasaryan, "Origins of specific absorptance in thin film epsilon-near-zero (ENZ) metamaterials: wavelength-scale electromagnetic analysis," 2025 25th Anniversary International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Barcelona, Spain, 2025, pp. 1-4, doi: 10.1109/ICTON67126.2025.11125386.

[6] H. Baghdasaryan, T. Knyazyan, T. Hovhannisyan, M. Marciniak, T. Baghdasaryan, “Hypothetic Uniform and Multilayer Structures as the Models of Epsilon Near-Zero (ENZ) Materials: Wavelength-scale Electromagnetic Analysis by the Method of Single Expression”, in: Proceedings of the international Nano-Optoelectronics Workshop iNOW 2025, Invited paper Wed6, page 81, Wrocław University of Science and Technology, 21-31 July 2025 https://inow2025.pwr.edu.pl/wp-content/uploads/2025/07/ksiazka-FINAL-na-strone-v3-compressed-1-1-1-1.pdf

[7] H. Baghdasaryan, T. Knyazyan, T. Hovhannisyan, M. Marciniak and T. Baghdasaryan, "Fabry-Perot Microcavity with Epsilon-Near-Zero (ENZ) Spacer: Wavelength-Scale Electromagnetic Analysis," 2025 International Workshop on Fiber Optics in Access Networks (FOAN), Szczecin, Poland, 2025, pp. 1-4, IEEE-Xplore, doi: 10.1109/FOAN66962.2025.11189120.

Wykorzystanie uzyskanych wyników:

Wyniki prac opisanych w ramach realizacji zadania mają charakter teoretyczny. Niemniej jednak posiadają znaczny potencjał praktyczny przy założeniu pozytywnej weryfikacji eksperymentalnej i technologicznej. Wyznaczone w pracy wytyczne projektowe pozwalają na konstrukcję urządzeń fotonicznych, takich jak: czujniki promieniowania, absorbery i wzmacniacze cienkowarstwowe i światłowodowe czy przełączniki optyczne. Zastosowanie w praktyce wyników zadania może mieć również wpływ na zwiększenie przepustowości i jakości transmisji w sieciach optycznych.