l-bandı erbiyum katkılı fiber amplifikatörde (l-edfa)
DESCRIPTION
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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/1.jpg)
L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde
(L-EDFA)
Pompa Dalgaboyu ve Fiber Uzunluğunun Optimizasyonu
Ahmet ALTUNCU Arif BAŞGÜMÜŞ
Dumlupınar Üniversitesi, Mühendislik FakültesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kütahya
[email protected] [email protected] http://eem.dumlupinar.edu.tr/~altuncu
Bilgilendirme : Bu proje Devlet Planlama Teşkilatı tarafından desteklenmektedir. (Proje No : 2003K120380 )
![Page 2: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/2.jpg)
Tek Modlu (SMF) Fiberde İletim Bandları
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
700 13001100900 1700 nm1500
Görülebilir Infrared
“E” Bandı ~ 1370 - 1440 nm
“S” Bandı ~ 1470 - 1500 nm
“C” Bandı ~ 1530 - 1565 nm
“L” Bandı ~ 1570 - 1610 nm
“O” Bandı ~ 1270-1350 nm
SMF zayıflama eğrisi
Şekil.1. Işık spektrumu
![Page 3: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/3.jpg)
Erbiyum Enerji Seviye Diyagramı
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Şekil.2. Erbiyum İyonunun (Er 3+ ) Silika için Enerji Seviye Diyagramı.
![Page 4: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/5.jpg)
L Bandında Amplifikasyonun Özellikleri
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
• L Bandında düşük popülasyon ters birikimi : ~ % 40 C Bandında : > % 70
• Daha uzun erbiyum katkılı fiber gereksinimi : 50 ~ 100 mC Bandında : 5 ~ 10 m
• Yüksek pompa gücü gereksinimi : 100 ~ 200 mWC Bandında : 50 ~ 100 mW
• Güç transfer verimini artırmak için extra özel teknikler kullanılması gerekebilir :
• C bandında prob sinyali uygulama• C Bandındaki geri yönlü ASE’yi L-EDFA’ya yeniden uygulama• Sinyal ve/veya pompa ışını için iki veya üç geçişli konfigürasyon
![Page 6: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/6.jpg)
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.
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
![Page 7: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/7.jpg)
Optiwave Optiamplifier 4.0
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar ÜniversitesiŞekil.3. Optiamplifier 4.0 menüsü
![Page 8: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/8.jpg)
L-Bandı EDFA Simülasyon Devre Şeması
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Şekil.4. Simülasyonu yapılan L-EDFA Devre Şeması
![Page 9: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/9.jpg)
Simülasyon Parametreleri
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Tablo.1.Metro-12 erbiyum katkılı fiber parametreleri.
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
10.46 dB/m @ 980 nm7.28 dB/m @ 1480 nm17.70 dB/m @ 1530 nm
Emisyon2.01 dB/m @ 1480 nm16.59 dB/m @ 1530 nm
Şekil 5. 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)
![Page 10: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/10.jpg)
Simülasyon Sonuçları-1
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Şekil.6. 980 nm ve 1480 nm’de ileri yönde pompalanan 50 m ve 75 m uzunlukta L bandı EDFA’nın a) Kazanç spektrumu b) Gürültü faktörü spektrumu
(Pp = 150 mW, Psig = -30 dBm, 1540-1640 nm arası 100 WDM kanal)
(a) (b)
![Page 11: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/11.jpg)
Simülasyon Sonuçları-2
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Şekil.7. 980 nm ve 1480 nm’de geri yönde pompalanan 50 m ve 75 m uzunlukta L bandı EDFA’nın a) Kazanç spektrumu b) Gürültü faktörü spektrumu
(Pp = 150 mW, Psig = -30 dBm, 1540-1640 nm arası 100 WDM kanal)
(a) (b)
![Page 12: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/12.jpg)
Simülasyon Sonuçları-3
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Şekil.8. 980 nm ve 1480 nm’de çift yönlü pompalanan 50 m ve 75 m uzunlukta L bandı EDFA’nın a) Kazanç spektrumu b) Gürültü faktörü spektrumu
(Pp = 2x75 mW, Psig = -30 dBm, 1540-1640 nm arası 100 WDM kanal)
(a) (b)
![Page 13: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/13.jpg)
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
50
1559-1616
0
1556-1618
57
0
62
49
0
60
İleri 1480 nm
Geri 1480 nm
Çift Yönlü 1480 nm
50
1557-1618
1571-1612
1555-1619
61
41
64
46
0
55
İleri 980 nm
Geri 980 nm
Çift Yönlü 980 nm
75
1592-1625
0
1577-1629
33
0
52
33
0
43
İleri 1480 nm
Geri 1480 nm
Çift Yönlü 1480 nm
75
1576-1630
0
1561-1633
54
0
72
52
0
52
![Page 14: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/14.jpg)
Simülasyon Sonuçları-5
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Şekil.9. İleri ve geri pompa lazeri için 980 nm ve 1480 nm’nin değişik konfigürasyonlarının kullanıldığı a) Kazanç spektrumu ve b) Gürültü faktörü spektrumu
(Pp = 2x75 mW, Psig = -30 dBm, EDF uzunluğu 50 m, 1540-1640 nm arası 100 WDM kanal)
(a) (b)
![Page 15: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/15.jpg)
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
980-980 nm
50 1556-1618 62 60
Çift Yönlü
1480-1480 nm
50 1555-1619 64 55
Çift Yönlü
980-1480 nm
50 1555-1619 64 61
Çift Yönlü
1480-980 nm
50 1556-1619 63 52
![Page 16: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/16.jpg)
Simülasyon Sonuçları-7
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Şekil.10. 980 nm’de çift yönlü pompalama için a) Kazanç spektrumu ve b) Gürültü faktörü spektrumu (Pp = 2x75 mW, Psig = -30 dBm, 1540-1640 nm arası 100 WDM kanal)
(a) (b)
![Page 17: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/17.jpg)
Simülasyon Sonuçları-8
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Şekil.11. 980 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, 1540-1640 nm arası 100 WDM kanal.)
(a) (b)
![Page 18: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/18.jpg)
Sonuçlar
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
* L Bandı EDFA’da pompa dalgaboyu ve EDF uzunluğunun kazanç ve gürültü faktörü
spektrumlarına etkisi incelenmiştir.
* 1480 nm’deki daha yüksek kazanç bandgenişliğine rağmen, gürültü faktörünün 5 dB’den
düşük olduğu kullanılabilir bandgenişliği 980 nm’de daha yüksektir.
* L Bandı EDFA, maksimum kazanç-gürültü performansı için çift yönlü olarak
980-980 nm veya 980-1480 nm’de pompalanabilir.
* Kullanılan Metro-12 EDF parametreleri için optimum ileri/toplam pompa gücü oranı
0.4~0.6, optimum EDF uzunluğu 45~55 m’dir.
![Page 19: L-Bandı Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatörde (L-EDFA)](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081503/56815024550346895dbe0a7c/html5/thumbnails/19.jpg)
Bu denklem güce bağımlı olan Aeff ve parametrelerini içermektedir.
i. seviyenin çakışma integrali veya erbiyum iyonlarını fiber özünde yoğunlaştıma faktörü.
Giles modelinde propagasyon denklemlerini, absorblama ve emisyon katsayıları cinsinden yazabiliriz. ve , dalgaboyundaki absorblama ve emisyon katsayılarıdır.
Fiber boyunca ortalama popülasyon ters birikimi. ASE dahil tüm ileri ve geri yönlü sinyallerin toplamından oluşur.
İç saturasyon gücü..
Katkılama iyonlarının efektif alanı. Katkılama yarıçapı b olan düzgün katkılanmış bir fiberde ‘dir.
Ahmet Altuncu, Arif Başgümüş - Dumlupınar Üniversitesi
Ek : Giles Modeli