Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Fiber Optik Haberleşme Sistemlerinde Yeni Teknolojiler Doç.Dr. Ahmet ALTUNCU Elektrik-Elektronik Mühendisliği Fotonik Araştırma.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Fiber Optik Haberleşme Sistemlerinde Yeni Teknolojiler Doç.Dr. Ahmet ALTUNCU Elektrik-Elektronik Mühendisliği Fotonik Araştırma."— Sunum transkripti:

1

2 Fiber Optik Haberleşme Sistemlerinde Yeni Teknolojiler Doç.Dr. Ahmet ALTUNCU Elektrik-Elektronik Mühendisliği Fotonik Araştırma Laboratuvarı I. Teknoloji Günleri, Dumlupınar Üniversitesi 2007

3 Optik İletişimin Tarihçesi Kızılderililer tarafından kullanılması 1880 A.Graham BELL tarafından Photophone ile 200 m.lik haberleşme sağlanması 1887 Charls Vernen Boys ilk ince cam fiberi (kaplamasız) gerçekleştirdi Direkt görüntü iletiminde cam fiber kullanılması 1958 LASER'in bulunması 1959 LASER'in başarıyla çalıştırılması 1962 Yarı iletken LASER'lerin geliştirilmesi 1962 Yarı iletken fotodiyotların geliştirilmesi 1963 Dereceli indisli fiber düşüncesinin ortaya atılması 1966 Cam fiber kullanma düşüncesinin ortaya atılması 1966 Fiberde örtü tabakası düşüncesinin ortaya atılması 1970 Silikadan fiber üretilmesi (20 dB/km. 850 nm. penceresinde) 1971 Kullanışlı LD ve LED'lerin bulunması 1972 Dereceli İndisli fiber üretilmesi (4 dB/km. 850 nm.) 1973 Optik kabloların askeri haberleşmede kullanılması 1973 Optik tekrarlayıcıların geliştirilmesi 1973 CVD yöntemiyle fiber üretimi 1973 Fiber üretiminde OVD yönteminin açıklanması 1974 Fiber üretiminde MCVD yönteminin (Cam tüpün içine silikon yerleştirilmesi) açıklanması. (2.4 dB/ km.) nm. Optik penceresinin bulunması nm. Işık dalga boyunda GaInAsP Laser Diyot'un üretimi 1976 Ark (Füzyon) yöntemiyle fiber kaynağının gerçekleştirilmesi

4 Mb/s hızda tekrarlayıcı aralığının 10 km.ye çıkması 1983 Tek Modlu fiber kablo üretiminin (VAD yöntemiyle) başlaması ; Mb/s hızla 25 km.lik tekrarlayıcı aralığının sağlanması 1984 Optik fiber sistemlerinin abone göz devrelerine (SONET) uygulanması 1984 Derin sulara gömülecek denizaltı fiber kablo için UV reçinesinin geliştirilmesi damarlı Dereceli Indisli Fiber kullanılması Optik (Işıksal) İletimin Tarihçesi(2) Optik İletişimin Tarihçesi Mbit/s'lik çoğullama sisteminin denenmesi 1976 Fiber üretiminde VAD yöteminin açıklanması 1978 Çok Modlu fiber kablo ilk tesisinin başlanması 1979 Fiber zayıflamasının (4 dB/km'den 1550 nm.) 0.2 dB/km.'ye indirilmesi 1980 GaInAsP 1550 nm. dalgaboyunda çalışan Laser Diyot'un üretimi nm.lik ilk ticari sistemin tesis edilmesi 1981 Dereceli Indisli fiber kabloların kullanılması

5 Optik İletişimin Tarihçesi nm.lik dispersiyon kaydırılmış fiber (DSF) kullanılması 1987 VAD yöntemiyle km.lik (tek parça) fiber üretilmesi Gb/s çoğullama sistemiyle (23040 kanal) tekrarlayıcı arasında 40 km.ye erişilmesi nm dalgaboyunda 400 Mb/s.lik hızla çoğullama ve tekrarlayıcı aralığının 120 km.ye çıkması km.lik tekrarlayıcısız fiber optik linkinin tesis Gb/s.lik çoğullama ile kanala erişme (STM-16) Gb/s.lik hızla 100 km iletim mesafesi Gb/s.lik hızla 80 km iletim mesafesi (STM-64) Gb/s.lik hızla 300 km iletim mesafesi (STM-256)

6 a- Yüksek Hızda İletim : Bant genişliği x Uzaklık Çarpanı ; -Eşeksenli (Koaksiyel) kablolarda 0.2 GHz x Km. -Dereceli Indisli (GI) fiberlerde 1 GHz x Km. -Tek Modlu (SM) fiberlerde 100 GHz x Km. Fiber Optik İletişimin Avantajları-1 b- Uzun Amplifikatör (Tekrarlayıcı ) Aralığı : km ( 1310 nm için ) 100 km ( 1550 nm için ) 1 MHz'lik işaret için gücün yarıya düştüğü uzaklık : Bakır iletkende 250 m Eşeksenli iletkende 1000 m Tek Modlu fiberde m

7 e- Elektromanyetik Bağışıklık : Metalik iletkenli (koaksiyel veya mikrodalga dalgaklavuzu vb.) iletim sistemlerinde elektromanyetik indüklenme ile iletilen sinyalde distorsiyon oluşurken fiber optik iletimde sinyal, klavuzlanmış ortamda ışıkla taşındığı için distorsiyona uğramaz. Bu nedenle enerji iletim hatları üzerine fiber optik haberleşme ağı kurulabilir. f- Krostalk (Diyafoni) Olmaması : Optik iletimde sinyaller fiber dışına taşmadığı için sinyallerarası girişim meydana gelmez. Fiber Optik İletişimin Avantajları-2 c- Kanal Başına Maliyetin Düşük Olması : Eşit kapasiteli bakır iletkene göre; 140 Mb/s.lik çoğullama sisteminde en az 50,565 Mb/s.de en az 200 kat daha ucuz d- Bilgi Çalınmasının Güçlüğü : Optik fiberden bilgi çalabilmek için kabloyu kesip ayırıcı/kuplör eklemek gerekir.Kablonun kesilmesiyle birlikte sinyal iletimi kesileceği için bağlantının kesilmesi anlık olarak tespit edilir.

8 g- Elektriksel izolasyon : Optik fiberler elektriksel bakımdan yalıtkan maddelerden (cam ve plastik türleri) yapılmış olduğundan tam bir elektriksel izolasyon sağlar. h- Değişik Çevre Koşullarına Uyum Sağlaması : Yüksek ısıya dayanıklı fiberler (+500 C'ye kadar) değişik çevre şartlarında kullanılabilir. Elektrik akımı taşımadığı için ark yapma tehlikesi yoktur. Bu nedenle patlayıcı maddelerin bulunduğu ortamlarda güvenli bir biçimde kullanılmaktadır. Fiber Optik İletişimin Avantajları-3 ı- Tesis Kolaylığı : Optik fiber kablolar küçük çaplı ve hafif oluşları nedeniyle tesisleri kolaydır. 12 damarlı fiber kablonun çapı 17 mm bakır iletken (0.6 mm2 ) 3 kg/km. fiber damar gr/km. Makara boylarının uzun ( 2 veya 4 km ) olması ek sayısını azaltır. Fiber kablo damar sayıları : 4, 6, 12, 24, 36, 48, 60, 96, 144, 192 Japonya'da 100, 200, 600, 1000 damarlı fiber optik kablo üretilmektedir. Dezavantajlar : a- Ek yapma zorluğu ve maliyeti b- Dağıtım şebekesinde düşük hızlı abone hatlarında (FTTH-Fiber to the Home) kullanılması şu an için ekonomik değil. Alternatifi : ADSL

9 Headend electrical repeater Remote Node Fiber Coaxial Cable Passive Optical Network (PON) passive optical splitter

10 Lightwave Networks

11 Çoğullama (Multiplexing) Yöntemleri Çoğullama (Multiplexing) : Aynı optik fiber üzerinden farklı kaynaklardan üretilen bilgilerin eş zamanlı olarak iletilmesini sağlar. Zaman Bölmeli Çoğullama, Time Division Multiplexing (TDM) Sadece tek bir dalgaboyu gereklidir (tek bir lazer) Kanalın veri hızı R bit/s ise, N kanal için, sistem veri hızı (R  N) bit/s dir. A2A1 A C B B2B1 C2C1 B1A1C2B2A2C1 time

12 Çoğullama (Multiplexing) Yöntemleri Alt taşıyıcılı çoğullama, Subcarrier Multiplexing (SCM) Çoklu taşıyıcı frekansları (subcarrier) elektriksel yolla birleştirilir. Yalnızca bir dalgaboyu gereklidir. (tek bir lazer) (optik taşıyıcı) Fiber üzerinden video sinyallerini taşımak için uygundur. A C B freq fAfA fBfB fCfC f A f B f C

13 Çoğullama (Multiplexing) Yöntemleri Dalgaboyu Bölmeli Çoğullama, Wavelength Division Multiplexing (WDM) Bilgi kaynağı başına bir spesifik dalgaboyu gerekir( her lazer için) Farklı dalgaboylarını birleştirmek/ayırmak için dalgaboyu multiplexer/demultiplexer gereklidir. Kanalın dalgaboyu başına veri hızı R bit/s ise, N dalgaboyu için, sistem veri hızı (R  N) bit/s dir. Yüksek kapasiteli veri iletişimi için uygundur. Dalgaboyu aralığı : 0.8 nm (100-GHz) A C B wavelength A B C wavelength multiplexer A B C

14 Çoğullama (Multiplexing) Yöntemleri Hibrit Yöntemler (TDM/WDM, SCM/WDM)  daha yüksek kapasite A C B wavelength A B C wavelength multiplexer f1f2f3f1f2f3 f1f2f3f1f2f3 f1f2f3f1f2f3 SCM/WDM A C B wavelength A B C wavelength multiplexer TDM stream TDM/WDM A A  C B C

15 İletim Kapasitesi 132 Ch 1 Ch TDM

16 Denizaltı Fiber Optik Sistemler (Undersea Fiber Systems) AT&T

17 Denizaltı Fiber Optik Sistemler FLAG: Fiberoptic Link Around the Globe (10Gb/s SDH-based, 27,000km, service in 1997) Tyco (AT&T) Submarine Systems Inc., & KDD Submarine Cable Systems Inc. 2 fiber pairs, each transporting 32 STM-1s (5-Gb/s)

18 Denizaltı Fiber Optik Sistemler Africa ONE: Africa Optical Network (Trunk: 40Gb/s, WDM-SDH-based, 40,000km trunk, service in 1999) Tyco (AT&T) Submarine Systems Inc. & Alcatel Submarine Networks 54 landing points 8 wavelengths, each carries 2.5 Gb/s 2 fiber pairs

19   Düz Ayna Normal Düz Aynada Yansıma  Normal Az Yoğun Çok Yoğun n1 n2>n1   Az Yoğun Ortamdan Çok Yoğun Ortama Geçiş (Işık Işını normale YAKLAŞARAK Kırılır) Işın Teorisi

20 Normal n1 n2>n1 Az Yoğun Çok Yoğun  Çok Yoğun Ortamdan Az Yoğun Ortama Geçiş   Kritik Açı Kırılan ışığı,ara yüzeyi yalayacak duruma getiren geliş açısı 1-Kritik açıdan büyük açıyla gelen ışık diğer ortama geçmeden YANSIR. (Tam Yansıma) 2-Kritik açıdan küçük açıyla gelen ışık diğer ortama geçer ve normalden UZAKLAŞARAK kırılır. Bir kısmı ise aynı ortama geriye YANSIR.

21 Optik Fiberin Yapısı Çekirdek (Core) (Öz) Yansıtıcı (Cladding) (Örtü) Kılıf (Coating) (Koruyucu)

22 Üç Tip Optik Fiberin Karakteristik Özellikleri Fiber Tipi Kesit Kesit Dağılımı Işık Yayılımı İletim Karakteristiği Basamaklı İndisli Çok Modlu Fiber Dereceli İndisli Çok Modlu Fiber Basamaklı İndisli Tek Modlu Fiber

23 Üç Tip Optik Fiberin Karakteristik Özellikleri Fiber Tipi Kesit Kesit Dağılımı Işık Yayılımı İletim Karakteristiği Basamaklı İndisli Çok Modlu Fiber Dereceli İndisli Çok Modlu Fiber Basamaklı İndisli Tek Modlu Fiber Kırılma İndisinin Verilen Alınan Darbe Darbe

24 Fiber kesitiIndis profili Yayılma modları Giriş Signali Çıkış Signali Basamaklı indisli çok modlu fiber (MMF) Çok modlu fiberde çok sayıda ışın yolu vardır. Kırılma indisi çekirdekte sabittir.

25 Basamaklı indisli tek modlu fiber (SMF) Fiber kesitiIndis profili Yayılma modları Giriş Signali Çıkış Signali Tek modlu fiberde tek bir ışın yolu vardır. Bandgenişliği daha yüksektir

26 Dereceli indisli çok modlu fiber (GI-MMF) Fiber KesitiIndis profili Yayılma modları Giriş Signali Çıkış Signali Kırılma indisi dereceli değişkendir.

27 Yansıtıcı Çekirdek Kılıf

28  max    max   min Yansıtıcı Çekirdek Kılıf

29 Işık Hızı v = c n n = Kırılma indisi (fiber için n ~ 1.5) c = Işığın boşluktaki hızı= m/s v = Yoğunluğu camın cinsine göre değişen bir fiberdeki ışık hızı. n>1 ve Kırılma indisi büyük olan ortamda ışık daha yavaş yol alır.

30 Farklı fiber tipleri 100 µm µm 0.28 N.A. 140µm Basamaklı indisli çok modlu fiber SI 100/ µm µm 50 µm n 1 = n 2 = µm Dereceli indisli çok modlu fiber GI 62.5/125 GI 50/125 N.A. n 2 =1.517 n 1 = µm 9 to 12 µm µm Basamaklı indisli tek modlu fiber SI 9/125 n 1 =1.471 n 2 =1.457 N.A.  çekirdek  buffer/kılıf  yansıtıcı

31 Optik Fiberin Ölçülebilecek Önemli Karakteristikleri Tek Modlu Fiber (SMF) : Kesim (Cut-off) Dalgaboyu Sayısal açıklık (NA) Zayıflama Kromatik dispersiyon PMD Bandgenişliği Geri saçınım Geometri Çok Modlu Fiber (MMF) : Sayısal açıklık (NA) Zayıflama Modal dispersiyon Bandgenişliği Geri saçınım Geometri

32

33 Modal Dispersion (Modal dağılma) Pals genişlemesi Yayılma modları (farklı ışın yolları) farklı mesafeler katederler ve fiber sonuna farklı zamanlarda varırlar.

34 Mod sayısı : V parametresi a = çekirdek çapı NA = numerical aperture(sayısal açıklık) 0 = ışığın boşluktaki dalgaboyu Mod sayısı V>>1 için Step Index Fiber : Parabolic-index fiber :

35 Tek modlu fiber tipleri Standard Singlemode fiber(S-SMF)G652 of CCITT Dispersion-Shifted Singlemode fiber(DSF) G653 of CCITT Non-Zero Dispersion Singlemode fiber (NZDF) G655 of CCITT Polarization Maintaining Fiber (Polarizasyon beslemeli fiber)(PM (Panda) Fiber ) Rare-Earth Doped Fibers(Katkılı fiberler) (EDF) Dispersion Compensating Fiber (Dispersiyon Dengelemeli fiber)(DCF) Other specific fibers (Diğer özel fiberler)

36 Fiber Uygulamaları Dalgaboyu Fiber Tipi Core/cladding Uygulama 850 nm 1300 nm 1550 nm 100/140 µm 85/125 µm 62.5:125 µm 50/125 µm 9/125 µm Max. mesafe (km) Telecom / CATV LAN Endüstri Multimode Singlemode

37 Fiber Kayıpları Giriş Çıkış Kirlilikler Heterojen Yapı Saçınım Kaybı Giriş Kaybı Absorplama Kaybı Bağlantı Kaybı Kuplaj Kaybı Makro veya mikro kıvrım kaybı Saçınım Kaybı

38 Absorplama ve Saçınım Kayıpları (Absorption and Scattering Losses) OH- absorplaması 1. İletim penceresi nm 2. İletim Penceresi nm 3. İletim penceresi nm Dalgaboyu (nm) Zayıflama (dB/km) Rayleigh Saçınımı Rayleigh saçınımı ölçümlerinden fiber zayıflama eğrisi ortaya çıkmaktadır.

39 Kromatik Dispersiyon (CD) Farklı dalgaboyları farklı hızlarda yol alırlar. Polarizasyon mod dispersiyonu (PMD), Çiftkırıcılık (birefringence) İki ortagonal polarizasyon modu farklı hızlarda yol alır Pulse SMF’de Dispersiyon Mekanizmaları

40 Pulse Yayılması 1.Material dispersion: Kırılma İndisi : n( ) Hız = c / n( ) 2.Waveguide dispersion: n(x,y) öz ve kılıf’ta farklıdır.

41 Pulse delay (ps)  (nm) zero dispersion wavelength  Chromatic Dispersion (ps/nm-km)  (nm) +  _ S 0 slope at zero dispersion  The slope of this Gives this vgvg vgvg Kromatik Dispersiyon

42 Chromatic Dispersion (ps/nm-km)  (nm)             non-zero dispersion shifted G.655 dispersion shifted G.653 dispersion unshifted G.652 non-zero dispersion  vgvg vgvg SMF Türlerinin Dispersiyon Eğrileri

43 Lucent TrueWave Corning LS G.653 Chromatic Dispersion (ps/nm-km) Lucent TrueWave Balanced + Lucent TrueWave Balanced EDFA L-bandS-band EDFA C-band Corning MetroCor Reduced Slope Corning LEAF

44

45 Fiber Bragg Izgarası (FBG) ile Kromatik Dispersiyonun Kompanzasyonu Giriş spektrumu Yansıyan spektrum -Kompanzasyon, herbir iletilen dalgaboyu için sıfır net dispersiyona -yaklaşmayı hedefler -Dispersiyon kompanzasyonu oldukça pahalıdır ve bir DWDM network -maliyetinin 10% kadar olabilir !!!!

46 After fiber transmission 40 Gb/s optical signal Transmitter output 25 ps Transmission fiber Positive dispersion (Negative dispersion) + Dispersion compensating fiber (DCF) After dispersion comp. Negative dispersion (Positive dispersion) Longer wavelength Slow (Fast) Shorter wavelength Fast (Slow) Longer wavelength Fast (Slow) Shorter wavelength Slow (Fast) DCF ile Dispersiyon Kompanzasyonu

47 Fiber#1 DC allocations and dispersion maps DC Fiber#2 Distance [km] R.D. [ps/nm] Fiber#1 DC Fiber#2 Fiber#1 DC Fiber#2 DC Distance [km] R.D. [ps/nm] Distance [km] R.D. [ps/nm] Post- comp. Pre- comp. Post- & Pre- comp

48 Polarization Mode Dispersion (PMD) - Well defined, frequency independent eigenstates - Deterministic, frequency independent Differential Group Delay (DGD) - DGD scales linearity with fiber length 1st-order PMD Ideal Practical Core Cladding Cross-section of optical fiber Fast axis Slow axis Fast Slow   Differential Group Delay (DGD) 

49 Fiber Ek Teknolojisi : Mekanik Ek Mekanik ek V-oluk Mekanik ek (jel dolgulu)

50 Fiber Ek Teknolojisi : Füzyon Eki Füzyon eki

51 Plug pair Mating adapter Ferrule Anahtar Fiber Optik Konnektörler

52 Fiber Optik konnektörler

53 FC ST SC DIN E2000 EC VFO, PFO Fiber Optik konnektörler

54 Tek Modlu Fiber Optik Konnektör Karakteristikleri

55 Kablolar Optik fiberlerin üretimi çevresel ve mekanik etkenlere dayanıklı materyallerle gerçekleştirilir. Asıl olarak iki çeşit kablo tipi vardır: –Sıkı tampon tüplü fiber kablolar Bilgisayar odaları, telekomünikasyon merkez ofisi, tünel ve sınır alanları, kesici (şalt)sahaları –Gevşek tampon tüplü kablolar Harici bağlantıların inşası, Telekomünikasyon ve data trunkları, uzun çekilen devreler, kanallar arasındaki inşaatlar, iyi nemlilik,ozon ve hava direncinin arandığı uygulamalar. Tüp başına 1 den 12 ye kadar fiberler (bir kabloda en fazla 400/800 fiber)

56 Termoplastik kılıf Aramid dayanıklılık elemanı 900 mikron Sıkı buffer ‘lı fiberler Merkez elemanı Dış kılıf Dairesel polyester Bant koruyucu Sıkı tampon (tight buffer) tüplü kablolar (iç mekan)

57 Termoplastik tüp Jel dolgusu Çok sayıda 250 mikron fiberler Merkez FRP dayanıklılık elemanı Polietilen Dış kılıf Büyük kablo çapı Aramid dayanıklılık elemanı Gevşek tampon (loose buffer) tüplü kablolar (açıkhava)

58 Yüksek gerilim hatlarından fiber kablo çekilmesi fiber kablo çekilmesi

59 FİBER OPTİK HABERLEŞME SİSTEMLERİNDE YENİ TEKNOLOJİLER Hedefler : Daha fazla bandgenişliği Daha fazla iletim mesafesi

60

61 Tek Modlu (SMF) Fiberde İletim Bandları Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi nm1500 Görülebilir Infrared “E” Bandı ~ nm “S” Bandı ~ nm “C” Bandı ~ nm “L” Bandı ~ nm “O” Bandı ~ nm SMF zayıflama eğrisi Şekil.1. Işık spektrumu

62 İletim Bandlarının Kanal Kapasiteleri Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi 20 nm12.5 GHz25 GHz50 GHz100 GHz CWDM18* “O” Band “S” Band**320***160***8040 “C” Band320***160***8040 “L” Band320***160***8040 “E” Band530***280***140***70*** * 1311 nm altındaki iki dalgaboyu şu anda sağlanamıyor. ** Bu bandda ticari olarak sağlanabilen amplifikatör mevcut değil. *** Teorik kanal sayısı Standartlar : DWDM : ITU G CWDM : ITU G DWDM Kanal Aralıkları Tablo 1. Kanal Kapasiteleri

63 Optik Sinyalin Kuvvetlendirilmesi :Elektronik yıl önce Elektronik tekrarlayıcı kullanan sistem İletim hızı 100Mb/s, ulaşılmak istenen hız 500Mb/s Tek problem, fiber zayıflatması – Fiberler saydam bir borudan ibaret Band genişliğini sınırlayan tekrarlayıcılar, WDM sistemlerin geliştirilmesini olanaksız kılmakta. – data hızı arttıkça sistemin karmaşıklığı ve fiyatı artmakta – yükselteç aralığı en çok 20 km RRR 20 km

64 Bugün Erbiyum katkılı yükselteç kullanan sistem İletim hızı 20-40Gb/s, ulaşılmak istenen hız 1Tb/s Dalgaboyu bölmeli çoklamaya (WDM) uygun Fiber dispersiyonu, nonlineerlik, ve polarizasyon etkileri sistem tasarımında önemli parametreler. 50 km ve üzeri Optik Sinyalin Kuvvetlendirilmesi : Optik

65 Optical Amplifiers Rare-earth doped fibre amplifiers –EDFA –TDFA –PDFA –NDFA Raman Fibre amplifiers Semiconductor optical amplifiers (SOA)

66 Application of Optical Amplifiers In-line amplifiers – replaces regenerators Power amplifiers – boost signals to compensate fibre losses Preamplifiers – boost the recieved signals LAN amplifiers – compensate distribution losses in local- area networks

67 Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) Very few components High reliability Characteristics of an ideal amplifier High pump absorption Large spectral bandwidth Gain flatness High QE Low noise High gain High reliability (submarine systems)

68 The future of Fibre Amplifiers Increase in spectral bandwidth ~ 140 nm (hybrid solutions)

69 Latest Developments

70 FİBER OPTİK LABORATUVARIMIZDA BULUNAN CİHAZ VE MALZEMELER ÖLÇÜM CİHAZLARI ve LAZER KAYNAKLAR : AnritsuMS9710BOptical Spectrum Analyzer1 adet Hewlett Packard86120BMulti-Wavelength meter1 adet TextronicsTDS 1002Digital Storage Osciloscope 2 adet SantecTSL-200Tunable Semiconductor Laser2 adet Oz opticsFOS-11-8/25Fiberoptic Stable Source1 adet NewportModel 5251A/2.5A Laser Diode Driver2 adet NewportModel 325Temperature Controller1 adet Newport740 seriesButterfly Laser Diode Mount 2 adet AKTİF ELEMANLAR : Avanex1998PLUUncooled Pump Laser2 adet FibercoreEr-doped fiber 50 m PASİF ELEMANLAR : Oz opticsSM nm isolator2 adet Oz opticsSIS0Z /C+L Band WDM Coupler 2 adet Oz opticsSplitter-Coupler ( 90/ 10)1 adet Oz opticsCombiner-Coupler (50 /50) 1 adet Oz opticsFiber Optical Variable Attenuator1 adet Oz opticsFiber Optical Polarization Controller1 adet Oz opticsFiber Pigtailed U bracket, fitler Holder1 adet Oz opticsC+L Band Optical Circulator1 adet Oz opticsBare Fiber Adapter2 adet Katkılı Cam yapımında kullanılan değişik cam ve nadir toprak elementleri. YAZILIM : Optiwave OptiAmplifier 4.0

71

72

73

74 Metro-12 EDF Parametreleri Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Metro-12 erbiyum katkılı fiber parametreleri. NA0.21 Kesim dalgaboyu960 nm İyon konsantrasyonu1.6e25 iyon/m 3 Öz yarıçapı1.75 µm Arkaplan kaybı nm Absorblama nm nm nm Emisyon nm nm Şekil 3. Metro-12 EDF için absorblama ve emisyon spektrumları a) 980 nm pompa bandında absorblama spektrumu b) 1480 nm pompa ve 1550 nm sinyal bandı için absorplama ve emisyon spektrumu. (a) (b)

75 Dumlupınar Üniversitesi’nde gerçekleştirilen ve Türkiye’de ilk olan (bazıları dünyada ilk) teorik ve deneysel çalışmalar Fotonik Araştırma Laboratuvarı

76 DESIGN AND CHARACTERIZATION OF HIGH PERFORMANCE C AND L BAND ERBIUM DOPED FIBER AMPLIFIERS (C,L-EDFAs) Ahmet ALTUNCU Arif BASGUMUS Burcin UZUNCA Ekim HAZNEDAROGLU Dumlupınar University, Faculty of Engineering, Department of Electrical & Electronics Engineering, KUTAHYA Acknowledgements: This project was funded by State Planning Organization (DPT) in Turkey with Project number 2003K

77 Figure 5. Forward pumped C band EDFA. C Band EDFA Deneysel Düzeneği Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Burcin Uzunca, Ekim Haznedaroglu - Dumlupinar University

78 C Band EDFA Deneysel Sonuçlar-1 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Burcin Uzunca, Ekim Haznedaroglu - Dumlupinar University Figure 6. Gain and noise figure characteristics of a 6 m long C band EDFA as a function of pump power. Psig in = -30 dBm, Signal wavelength = 1550 nm.

79 C Band EDFA Deneysel Sonuçlar-2 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Burcin Uzunca, Ekim Haznedaroglu - Dumlupinar University Figure 7. Gain and noise figure characteristics of a 6 m long C band EDFA as a function of input signal power. Ppump in = 92.5 mW, Signal wavelength = 1550 nm.

80 C Band EDFA Deneysel Sonuçlar-3 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Burcin Uzunca, Ekim Haznedaroglu - Dumlupinar University Figure 8. Gain and noise figure spectra of a 6 m long C band EDFA. Ppump in = 92.5 mW and Psig in = -30 dBm.

81 Figure 9. Output spectrum of C band EDFA. Ppump in = 92.5 mW and Psig in = -30 dBm. C Band EDFA Deneysel Sonuçlar-4

82 L-Bandında Çalışan Yüksek Performanslı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatör (L-EDFA) Tasarımı Ahmet ALTUNCU Arif BAŞGÜMÜŞ Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya Bilgilendirme : Bu proje Devlet Planlama Teşkilatı tarafından desteklenmektedir. (Proje No : 2003K )

83 L Band EDFA’da Optik Sinyal Amplifikasyonunun Karakteristikleri Temel karakteristikler : L bandında düşük popülasyon tersbirikimi : ~ % 40 C bandında : > % 70 Daha uzun erbiyum katkılı fiber gereksinimi : 50 ~ 100 m C bandında : 5 ~ 10 m Daha yüksek pompalama gücü : 100 ~ 200 mW C bandında : 50 ~ 100 mW Pompa dönüşüm verimini (PCE) artırmak için kullanılan özel teknikler : L-EDFA’ya C bandı çekirdek sinyal enjeksiyonu C bandındaki geri yönlü ASE’nin L-EDFA’ya yeniden uygulanması L bandı sinyal için çift geçişli veya üç geçişli konfigürasyon kullanılması Döngü tipi L-EDFA konfigürasyonu kullanılması Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

84 L-Bandı EDFA Deney Düzeneği Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil.2. L-EDFA Deney Düzeneği

85 Deney Düzeneği Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil.4. Deney düzeneğinin görünüşü.

86 Deneysel Sonuçlar-1 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil m L-EDFA çıkış ASE spektrumu : a) 1550 nm prob sinyali ile b) Prob sinyali uygulanmadan

87 Çekirdek Sinyal Enjeksiyonunun Etkileri Şekil 5. İleri yönde pompalanan L-Bandı EDFA’da geri yönlü ASE spektrumunun çekirdek sinyal dalgaboyu ile değişimi. Üstteki şekil : Çekirdek sinyal uygulanmadan elde edilen geri yönlü ASE spektrumu. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

88 Deneysel Sonuçlar-3 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil m L-EDFA’nın kazanç ve gürültü faktörünün dalgaboyu ile değişimi

89 Deneysel Sonuçlar-4 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil m L-EDFA’nın kazanç ve gürültü faktörünün pompa gücü ile değişimi

90 Deneysel Sonuçlar-5 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil m L-EDFA’nın kazanç ve gürültü faktörünün sinyal giriş gücü ile değişimi

91 Deneysel Sonuçlar-6 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil-10. Anritsu MS9710B optik spektrum analizör ile 50 m L-EDFA’da kazanç ve gürültü faktörü ölçümü.

92 L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA) Pompa Dalgaboyu ve Fiber Uzunluğunun Optimizasyonu Ahmet ALTUNCU Arif BAŞGÜMÜŞ Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya Bilgilendirme : Bu proje Devlet Planlama Teşkilatı tarafından desteklenmektedir. (Proje No : 2003K )

93 Erbiyum Enerji Seviye Diyagramı Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil.2. Erbiyum İyonunun (Er 3+ ) Silika için Enerji Seviye Diyagramı.

94 EDFA Modelleri En hızlıdan (en az hassastan) en yavaşa (en fazla hassas olana) doğru Giles Modeli : Tam spektral çözüm sağlar. Absorplama ve kazanç (absorplama ve emisyon kesit alanları) parametrelerine dayanır. Birbirine bağlantılı oran ve yayınım denklemlerinin fiber boyunca integrasyon ile çözümüne dayanır. Saleh Modeli : 2 seviyeli model. Fiber ucundaki pompa ve sinyal güçlerini tahmin edebilir. Arkaplan kaybı, ASE ve ESA ihmal ediliyor. Elektrik alan ve katkılama dağılımları fiber pozisyon ve güç seviyelerinden bağımsız. Jopson Modeli : Fiber boyunca pompa, sinyal ve ASE güçleri ile ters birikim değişimleri hesaplanabilir. Eşdeğer ASE girişli Saleh Modeli : Saleh modeline ek olarak fiber ucundaki eşdeğer ASE’yi de hesaplayabilir. Eşdeğer ASE girişi ile Saleh modelinin doğruluğu artırılır. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi

95 Optiwave Optiamplifier 4.0 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil.3. Optiamplifier 4.0 menüsü

96 Simülasyon Sonuçları-7 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil nm’de çift yönlü pompalama için a) Kazanç spektrumu ve b) Gürültü faktörü spektrumu (Pp = 2x75 mW, Psig = -30 dBm, nm arası 100 WDM kanal) (a) (b)

97 Simülasyon Sonuçları-4 (1,2,3 özeti) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Tablo 2. İleri, geri ve çift yönlü olarak 980 nm veya 1480 nm’de pompalanan 50 m ve 75 m uzunlukta L bandı EDFA için 20 dB kazanç bandgenişliği ve kullanılabilir bandgenişliği (NF < 5dB) Pompalama Konfigürasyonu EDF Uzunluğu (m) 20 dB Kazanç Aralığı (nm) 20 dB Kazanç Bandgenişliği (nm) Kullanılabilir Bandgenişliği (nm) İleri 980 nm Geri 980 nm Çift Yönlü 980 nm İleri 1480 nm Geri 1480 nm Çift Yönlü 1480 nm İleri 980 nm Geri 980 nm Çift Yönlü 980 nm İleri 1480 nm Geri 1480 nm Çift Yönlü 1480 nm

98 Simülasyon Sonuçları-6 (5 özeti) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Tablo 3. Çift yönlü hibrit pompalanan 50 m uzunlukta L bandı EDFA için 20 dB kazanç bandgenişliği ve kullanılabilir bandgenişliği (NF < 5dB) Pompalama Konfigürasyonu EDF Uzunluğu (m) 20 dB Kazanç Aralığı (nm) 20 dB Kazanç Bandgenişliği (nm) Kullanılabilir Bandgenişliği (nm) Çift Yönlü nm Çift Yönlü nm Çift Yönlü nm Çift Yönlü nm

99 Simülasyon Sonuçları-8 Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi Şekil nm’de çift yönlü pompalama için 20 dB kazanç bandgenişliğinin a)İleri/toplam pompalama oranı Pp.top = 150 mW, b)Erbiyum katkılı fiber uzunluğu ile değişimi (Pp = 2x75 mW). (Her iki şekil için Psig = -30 dBm, nm arası 100 WDM kanal.) (a) (b)

100 L BANDI DÖNGÜ TİPİ ERBİYUM KATKILI FİBER AMPLİFİKATÖR VE ASE KAYNAĞI Ahmet ALTUNCU Arif BAŞGÜMÜŞ Fotonik Araştırma Laboratuvarı mf.dumlupinar.edu.tr/~fotonik Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği, KÜTAHYA Aralık 2005

101 Şekil 4. Çift yönlü pompalamalı ve çekirdek sinyal uygulanan L bandı döngü tipi EDFA L Bandı Döngü Tipi EDFA Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

102 L Bandı Döngü Tipi EDFA Deneysel Sonuçları-1 Şekil 6. Klasik ve döngü tipi L-EDFA konfigürasyonları için kazanç ve gürültü faktörünün toplam pompa gücü ile değişimi. (P sig.in = -30 dBm, sig = 1585 nm) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

103 L Bandı Döngü Tipi EDFA Deneysel Sonuçları-2 Şekil 7. Klasik ve döngü tipi L-EDFA konfigürasyonları için kazanç ve gürültü faktörünün sinyal dalgaboyu ile değişimi. (Psig.in = -30 dBm, Pp.tot = mW) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

104 L Bandı Döngü Tipi EDFA Deneysel Sonuçları-3 Şekil 8. Klasik ve döngü tipi L-EDFA konfigürasyonları için kazanç ve gürültü faktörünün giriş sinyal gücü ile değişimi. ( sig = 1585 nm, P p.tot = mW) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

105 ASE (Amplified Spontaneous Emission) Işık Kaynakları Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi Performans Kriterleri : Genişband çalışabilme Yüksek çıkış gücü Düşük spektral dalgalanma Kısa koherens uzunluğu Uzun dönemde kararlılık Uygulama Alanları : DWDM komponent ve EDFA karakterizasyonu Spektrum dilimlenmiş WDM kaynak Fiber optik jiraskop Optik sensör sistemleri Düşük koherensli tomografi

106 Band Seçilebilir Genişband Döngü Tipi ASE Kaynağı Şekil 9. Band seçilebilir genişband döngü tipi ASE kaynağı Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

107 Klasik Çift Geçişli Geniş Band ASE Kaynak Konfigürasyonları Şekil 10. Geniş band fiber yansıtıcılı klasik çift yönlü pompalamalı çift geçişli ASE kaynağı. Şekil 11. C bandı fiber Bragg ızgarası yansıtıcılı klasik çift yönlü pompalamalı çift geçişli ASE kaynağı. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

108 Band Seçilebilir Döngü Tipi ASE Kaynağı Deneysel Sonuçları-1 Şekil 12. Döngü tipi ASE kaynakta çıkış ASE spektrumunun çekirdek sinyal gücü ile değişimi. Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

109 Band Seçilebilir Döngü Tipi ASE Kaynağı Deneysel Sonuçları-2 Şekil 13. Farklı ASE kaynak konfigürasyonları için ölçülen çıkış ASE spektrumları. a) Çekirdek sinyalsiz döngü ASE kaynağı b) Çekirdek sinyal ile döngü ASE kaynağı c) C bandı FBG yansıtıcılı klasik çift yönlü ASE kaynağı d) Genişband fiber yansıtıcılı klasik çift yönlü ASE kaynağı (optimize edilmiş yansıma oranı ile) (Tüm deneylerde Pp.tot = mW) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

110 Band Seçilebilir Döngü Tipi ASE Kaynağı Deneysel Sonuçları-3 Şekil 14. Döngü tipi ASE kaynakta -10 dB çizgi genişliği ve ortalama dalgaboyunun çekirdek sinyal gücü ile değişimi. (Pp.tot = mW) Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

111 Band Seçilebilir Döngü Tipi ASE Kaynağı Deneysel Sonuçları-4 Çekirdek sinyalsiz döngü ASE kaynağı Çekirdek sinyalli döngü ASE kaynağı C bandı FBG yansıtıcılı klasik DP ASE kaynağı Genişband fiber yansıtıcılı klasik DP ASE kaynağı PP 6 dB7.6 dB11.2 dB9 dB Po+11.3 dBm+10.5 dBm dBm  41.2 nm85 nm79.8 nm85.6 nm m nm nm nm nm Tablo 3. Döngü tipi ASE kaynak ve klasik çift geçişli (DP) ASE kaynak konfigürasyonlarının kıyaslanması Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş, Dumlupınar Üniversitesi

112 ÇİFT GEÇİŞLİ L-BANDI ERBİYUM KATKILI FİBER AMPLİFİKATÖR (L-EDFA) TASARIMI VE KARAKTERİZASYONU Şeref YUVKA Ahmet ALTUNCU Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya

113 Çift Geçişli L-Bandı EDFA Deney Düzeneği Şekil 2 Çift yönlü pompalamalı çift geçişli EDFA tasarımı

114 Simülasyon Sonuçları Şekil 13 Toplam 230 mW pompa gücüyle pompalanmış tek geçişli ve çift geçişli L-bandı EDFA için kazancın ve gürültü faktörünün sinyal dalgaboyu ile değişimi Bu çalışmadaki L-EDFA tasarımları için kullanılabilir bandgenişliği 1570 nm nm arasında yaklaşık 30 nm’dir

115 Çift Geçişli L-EDFA’nın Teorik Ve Deneysel Performansları-3 Çift geçişli L-EDFA’da deneysel ve simülasyonla elde edilen kazancın toplam pompa gücü ile değişimi Çift geçişli L-EDFA’da deneysel ve simülasyonla elde edilen gürültü faktörü değerlerinin toplam pompa gücü ile değişimi Şekil 8Şekil 9

116 Çift Geçişli Ve Tek Geçişli L-EDFA’nın Deneysel Performansları-3 Tek ve Çift geçişli L-EDFA’da kazancın toplam pompa gücü ile değişimi Çift geçişli L-EDFA’da gürültü faktörünün toplam pompa gücü ile değişimi (Giriş sinyal gücü= -30dBm) Şekil 14Şekil 15

117 Çift Geçişli L-EDFA’da Çıkış ASE Spektrumu Toplam 230 mW güçle iki yönlü pompalanan ve -30 dBm giriş sinyal gücü uygulanan çift geçişli L-EDFA’nın ölçülen çıkış ASE spektrumu. Şekil 18

118 L Bandı Döngü Tipi EDFA’da Çekirdek Sinyal Enjeksiyonu ile Optik Anahtarlama Ahmet ALTUNCU Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği, Kütahya Fotonik Araştırma Laboratuvarı 8. Ulusal Fotonik Çalıştayı, İstanbul 2006

119 Anahtarlama Anahtarlama (Switching) : İletişim ağları, sayısal bilgisayarlar ve sinyal işleme sistemlerinde gerekli olan en temel operasyonlardan birisidir. Anahtar (Switch) : İletişim veya sinyal işleme sistemlerinde sinyal iletim yolları arasındaki bağlantıları kurup çözen devre elemanı Şekil 2.a) 1X1, 1X2, 2X2 ve NXN anahtar düzenekleri Şekil 2.b) Beş adet 2X2 anahtar elemanı ile yapılmış 4X4 anahtar

120 Anahtarların Performans Parametreleri Büyüklüğü (giriş/çıkış hat sayısı) İletim yönü (tek yönlü veya iki yönlü) Anahtarlama süresi Yayınım gecikme süresi Throughput (maksimum veri oranı) Anahtarlama enerjisi Güç tüketimi Yerleştirme kaybı Krostalk Fiziksel boyutları

121 Optik Sinyallerin Anahtarlanması Elektronik anahtarlar Opto-mekanik anahtarlar Elektro-optik anahtarlar Akusto-optik anahtarlar Magneto-optik anahtarlar Tümüyle optik anahtarlar (all-optical switches)

122 Tümüyle Optik Anahtarlama (all-optical switching) Doğrusal olmayan optik etkiler : Optik Kerr etkisi : Kırılma indisinin uygulanan ışık şiddeti ile değişimi Doyumlu Absorplayıcılar (Saturable absorber) : absorplama katsayısının ışık şiddeti ile değişimi Kerr ortamında elde edilen optik faz modülasyonu (PM), interferometre düzeneği yardımıyla ışık şiddeti modülasyonuna (IM) dönüştürülebilir. Bir anizotropik nonlineer optik fiberde uygulanan kontrol sinyali ile Kerr etkisi üretilerek sinyal polarizasyonu 90° ötelenebilir. (IM modülasyonu) Şekil.3a. Mach-Zehnder interferometre ile tümüyle optik ON-OFF anahtarlama. Şekil.3b. Anizotropik nonlineer optik fiber tümüyle optik anahtar Şekil.3c. Optik Kerr etkisi ile kontrol edilen bir yönlü kuplör

123 Çekirdek Sinyal Enjeksiyonunun Etkileri Şekil 8. L bandı döngü tipi EDFA'da çıkış ASE spektrumunun çekirdek sinyal gücü ile değişimi

124 L Bandı Döngü Tipi EDFA ile Tümüyle Optik Anahtarlama Şekil 10. L Bandı döngü tipi EDFA’da çekirdek sinyal enjeksiyonu ile optik anahtarlama düzeneği.

125 L-EDFA'da Optik Anahtarlama Performansı Şekil 11. L bandındaki bir giriş sinyali için L bandı döngü tipi EDFA’nın ölçülen çıkış spektrumu (giriş sinyal dalgaboyu : 1570 nm, sinyal gücü : -30 dBm) a) C bandı kontrol sinyali yokken, b) -1.6 dBm ortalama güce sahip bir C bandı kontrol sinyali uygulandığında.

126 L-EDFA'da Optik Anahtarlama Performansı Şekil.12.b) 100 Hz karedalga sinyal ile modüleli -4.6 dBm ortalama güçte C bandı kontrol sinyali ile anahtarlanmış bir L Bandı sinyalin elektriksel çıkış dalga şekli. (EDFA ile) Şekil 12.a) 100 Hz karedalga sinyal ile modüleli C band kontrol sinyalinin foto alıcı çıkışındaki elektriksel dalgaşekli. (EDFA'sız) Fotoalıcı çıkışında ölçülen çıkış sinyali dalga şekilleri :

127 L-EDFA'da Optik Anahtarlama Performansı Fotoalıcı çıkışında ölçülen çıkış sinyali dalga şekilleri : Şekil 12.c) -30 dBm giriş sinyal gücü için ve C band kontrol sinyali yokken ölçülen foto alıcı çıkış dalgaşekli (EDFA ile) Şekil 12.d) -30 dBm giriş sinyal gücü için ve -1.6 dBm ortalama güçte modülesiz C band kontrol sinyali varken ölçülen fotoalıcı çıkış dalgaşekli (EDFA ile)

128 L-EDFA'da Optik Anahtarlama Performansı

129 Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörlerinin Modellenmesi ve Bilgisayar Simülasyonu

130 Optik Fiberde Lineer ve Nonlineer Darbe Yayınımının Modellenmesi ve Simülasyonu : EDFA, Raman FA

131 Dispersiyon Kompanzasyon Teknikleri : DCF

132


"Fiber Optik Haberleşme Sistemlerinde Yeni Teknolojiler Doç.Dr. Ahmet ALTUNCU Elektrik-Elektronik Mühendisliği Fotonik Araştırma." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları