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

Tek Modlu (SMF) Fiberde İletim Bandları 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

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

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

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

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

Şekil 4. Çift yönlü pompalamalı C bandında çekirdek sinyal uygulanan L bandı döngü tipi EDFA L Bandı Döngü Tipi EDFA

Kazanç & Gürültü Faktörü-Pompa Gücü Şekil 5. 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)

Çekirdek Sinyal Enjeksiyonunun Etkileri Şekil 6. 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.

Şekil.7. L bandı döngü tipi EDFA'da çıkış ASE spektrumunun çekirdek sinyal gücü ile değişimi Çekirdek Sinyal Enjeksiyonunun Etkileri

Şekil 8. L bandı döngü tipi EDFA'da çıkış ASE spektrumunun çekirdek sinyal gücü ile değişimi

Çekirdek Sinyal Enjeksiyonunun Etkileri Şekil 9. Farklı çekirdek sinyal güçleri uygulayarak döngü tipi EDFA'da ASE spektrumunun anahtarlanması a) Çekirdek sinyal yokken C band çalışma b) -8 dBm gücünde çekirdek sinyal ile C+L band çalışma c) 0 dBm gücünde çekirdek sinyal için L band çalışma

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

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.

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 :

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)

L-EDFA'da Optik Anahtarlama Performansı

Sonuçlar  L Bandı Döngü tipi EDFA’da C bandı çekirdek sinyal enjeksiyonu ile L bandı sinyallerin tümüyle optik anahtarlanması + amplifikasyonu deneysel olarak gösterildi.  Önerilen tasarımın anahtarlama performansı bazı avantajlara sahiptir : Düşük kontrol sinyal gücü, çift yönlü anahtarlama, yüksek amplifikatör kazancı, yüksek veri iletimi (throughput)  1 mW civarında bir kontrol sinyal gücü ile düşük hızlı ( ~84 Hz ) tümüyle optik anahtar + amplifikatör olarak kullanılabilir.