Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya 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 serefyuvka@dumlupinar.edu.tr altuncu@dumlupinar.edu.tr http://eem.dumlupinar.edu.tr/~altuncu

Tek Modlu (SMF) Fiberde İletim Bandları SMF zayıflama eğrisi 700 1300 1100 900 1700 nm 1500 Görülebilir Infrared “O” Bandı ~ 1270-1350 nm “L” Bandı ~ 1570 - 1610 nm “C” Bandı ~ 1530 - 1565 nm “S” Bandı ~ 1470 - 1500 nm “E” Bandı ~ 1370 - 1440 nm Şekil 1 Işık spektrumu

L Bandında Amplifikasyonun Özellikleri-1 L Bandında düşük popülasyon ters birikimi : ~ % 40 C Bandında : > % 70 Daha uzun erbiyum katkılı fiber gereksinimi : 50 ~ 100 m C Bandında : 5 ~ 10 m Yüksek pompa gücü gereksinimi : 100 ~ 200 mW C Bandında : 50 ~ 100 mW

L Bandında Amplifikasyonun Özellikleri-2 Güç transfer verimini artırmak için extra özel teknikler kullanılması gerekebilir : Sinyal ve/veya pompa ışını için iki veya üç geçişli konfigürasyon tasarımı Geri yöndeki yükseltilmiş spontane emisyon (backward ASE) sinyalinin yeniden EDFA’ya enjekte edilmesi veya dışardan uygulanacak bir C bandı prob sinyali ile ön pompalama yapılması Geri yönlü ASE’nin kuvvetlendiriciye tekrar yansıtılması için fiber yansıtıcılar veya Bragg ızgaraların kullanılması Döngü (loop) konfigürasyonu Kuvvetlendiricideki erbiyum konsantrasyonun değiştirilmesi

L Bandında Simülasyonun Özellikleri 1600 nm’nin üzerindeki sinyal dalgaboyları için ESA etkisi (Excited State Absorption) dikkate alınmalı : Pompa ESA ve Sinyal ESA ESA_Giles veya ESA-Kesit alan parametreleri Oran ve yayınım denklemlerini çözmek için kullanılan nümerik algoritmaların yakınsaması C bandı EDFA’ya göre daha yavaş ve daha az kararlı Optik elemanların geri dönüş kayıpları ( özellikle erbiyum katkılı fiber girişindeki) ve spektral kesit alan değerlerindeki belirsizlikler simülasyonla deneysel performans arasında farka neden olabilir.

Optiwave Optiamplifier 4.0

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

Metro-12 EDF Parametreleri Değer Birimi NA 0.21 - Kesim dalgaboyu 960 nm İyon konsantrasyonu 1.6e25 iyon/m3 Öz yarıçapı 1.75 µm Arkaplan kaybı 8 dB/km @ 1310 nm Absorblama Kaybı 10.46 dB/m @ 980 nm 7.28 dB/m @ 1480 nm 17.70 dB/m @ 1530 nm Emisyon Kaybı 2.01 16.59 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 Metro–12 erbiyum katkılı fiber parametreleri

için kazancın ve gürültü faktörünün sinyal dalgaboyu ile değişimi 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- 1600 nm arasında yaklaşık 30 nm’dir

Çift Geçişli L-EDFA’nın Teorik Ve Deneysel Performansları-1 Şekil 5 Şekil 4 Çift geçişli L-EDFA’nın deneysel ve teorik kazanç spektrumu Çift geçişli L-EDFA’nın deneysel ve teorik gürültü faktörü spektrumu

Çift Geçişli L-EDFA’nın Teorik Ve Deneysel Performansları-2 Şekil 6 Şekil 7 Çift geçişli L-EDFA’da deneysel ve simülasyonla elde edilen kazancın sinyal giriş gücü ile değişimi Çift geçişli L-EDFA’da deneysel ve simülasyonla elde edilen gürültü faktörü değerlerinin sinyal giriş gücü ile değişimi

Çift Geçişli L-EDFA’nın Teorik Ve Deneysel Performansları-3 Şekil 8 Şekil 9 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

Çift Geçişli Ve Tek Geçişli L-EDFA’nın Deneysel Performansları-1 Şekil 10 Şekil 11 Çift geçişli ve tek geçişli L- EDFA’nın deneysel kazanç spektrumlarının dalgaboyu ile değişimleri Çift geçişli ve tek geçişli L-EDFA’nın deneysel gürültü faktörü spektrumlarının dalgaboyu ile değişimleri

Çift Geçişli Ve Tek Geçişli L-EDFA’nın Deneysel Performansları-2 Şekil 12 Şekil 13 Çift geçişli ve tek geçişli L-EDFA’da kazanç spektrumlarının giriş sinyal gücüyle değişimleri Çift geçişli ve tek geçişli L-EDFA’da gürültü faktörü spektrumlarının giriş sinyal gücüyle değişimleri

Çift Geçişli Ve Tek Geçişli L-EDFA’nın Deneysel Performansları-3 Şekil 14 Şekil 15 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)

Çift Geçişli L-EDFA’da Çıkış ASE Spektrumu Şekil 16 Şekil 17 Çift geçişli EDFA’da ileri yönde 127 mW ve geri yönde 103 mW gücünde pompalama için ASE spektrumu(giriş sinyali yokken) Yalnız İleri yönde 127 mW ile pompalama için çıkış ASE spektrumu (giriş sinyali yokken)

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

Sonuçlar * Çift yönlü pompalanmış yüksek performanslı bir L Bandı EDFA tasarımı deneysel olarak gerçeklenmiş ve karakterizasyonu yapılmıştır. *C bandında kullanılmayan ASE gücü ileri yönlü L bandı sinyali yükseltmekte kullanılmış ve bu sayede L bandı için önemli bir amplifikatör kazanç artışı sağlanmıştır. * Toplam 230 mW pompa gücü (127 + 103) uygulanan L-Bandı EDFA’da yüksek kazanç ( ~ 30 dB ) ve düşük gürültü faktörü ( ~7dB ) elde edilmiştir. * Elde edilen kazanç bandgenişliği 1570 nm’den 1610 nm’ye kadar düzgün dağılımlı olup yaklaşık 40 nm’dir.

Teşekkürler