Effect of noise on mode-locked soliton pulse source

Abstract

öz GÜRÜLTÜNÜN MOD-KİLİTLİ KARIŞIK SOLİTON DARBE KAYNAĞI ÜZERİNE ETKİSİ DOĞRU, Naran Doktora Tezi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. M. Sadettin ÖZYAZICI Mayıs 2003, 120 sayfa Düzgün, Gaussian, doğrusal azalan düzgün ve doğrusal azalan Gaussian pozlu gibi değişik fiber Bragg ızgara (FBG) kullanan karışık soliton darbe kaynağının (HSPS) mod-kilitli durumda gürültüsü elektrik alan yaklaşımı kullanılarak tanımlandı. HSPS bir çoklu kuantum kuyu (MQW) yan iletken laser, bir fiber dış kovuk ve bir FBG den meydana gelmektedir. HSPS spontane gürültüyü de içeren çiftli dalga denklemlerinin zaman domeninde çözümüyle modellendi. Bu denklemler parçalı doğrusal yaklaşımla aktarma matrisi şekline dönüştürüldü. Bağıl şiddet gürültüsü (KIN) bu denklemlerin sayısal çözümüyle hesaplandı. Doğrusal azalan adımlı düzgün ve doğrusal azalan adımlı Gaussian pozlu FBGs kullanan HSPS ile düşük gürültüde geniş bir frekans aralığında çevirili-sınırlı darbeler elde edilmesine rağmen, mod-kilitli düzgün ve Gaussian pozlu FBGs HSPS sadece sınırlı bir frekans aralığında çeviri-sınırlı darbeler üretebilir. Bununla birlikte, gürültü çizgigenişliği artma (linewidth enhancement) faktörü, kazanç doyma (gain saturation) faktörü ve spontane kavrama (spontaneous coupling) faktörünün artmasıyla artmıştır. RIN spektrumunda, yüksek gürültü seviyesi çeviri-sınırlı darbelerin elde edilemeyeceği mod-kilitleme frekansında bir gürültü tepesi üretir ve bundan dolayı uygun mod- kilitleme aralığı azalır. Gürültü bir de aşın derecede RF ve DC akımlarına duyarlıdır. Taşıyıcı gürültü spontane gürültü kadar önemlidir ve bu gürültünün oran denklemlerine dahil edilmesi gürültünün doğru analizi için gereklidir. Ayrıca,Gaussian ve doğrusal azalan oranı gibi uygun pozlandırma fonksiyonlarını seçerek mod-kilitli HSPS ile RIN azaltılmasının mümkün olduğu bulundu. Anahtar kelimeler: Karışık soliton darbe kaynağı, mod-kilitli laser, fiber Bragg ızgara, çoklu kuantum kuyu laseri, bağıl şiddet gürültüsü, spontane gürültü, taşıyıcı gürültü. vı

ABSTRACT EFFECT OF NOISE ON MODE-LOCKED HYBRID SOLÎTON PULSE SOURCE DO?RU, Nuran Ph. D. in Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Prof. Dr. M. Sadettin ÖZYAZICI May 2003,120 pages The noise of hybrid soliton pulse source (HSPS) utilizing different fiber Bragg gratings (FBGs) such as uniform, Gaussian, linearly chirped uniform and linearly chirped Gaussian apodized are described by using electric field approach when HSPS is mode-locked. The HSPS system is made up of a multi-quantum well (MQW) semiconductor laser, a fiber and a FBG. The HSPS is modeled by a time-domain solution of the coupled-mode equations including spontaneous emission noise. These equations are converted into the transfer matrix form by using the piecewise-uniform approach. Relative intensity noise (RIN) is calculated using numerical solutions of these equations. Although transform-limited pulses over a wide tuning range around the fundamental mode-locking frequency are obtained from mode-locked HSPS with linearly chirped uniform and linearly chirped Gaussian apodized FBGs with low noise, mode-locked HSPS with uniform and Gaussian apodized FBGs can generate transform-limited pulses only over a limited tuning range. However, noise increases with increasing linewidth enhancement factor, gain saturation parameter and spontaneous coupling factor. A high noise level that generates a noise peak at the mode-locking frequency in the RIN spectrum makes the transform limited pulses unobtainable at the mode-locking frequency and therefore proper mode-locking range reduces. Noise is also extremely sensitive to the RF and DC currents. Carrier noise is important as spontaneous noise and inclusion of this noise source into the rate equations is necessary for accurate analysis of the noise. It is also found that RIN inreduction is possible for the mode-locked HSPS by selecting a suitable apodization function such as Gaussian and linear chirp rate. Keywords: Hybrid soliton pulse source, mode-locked laser, fiber Bragg grating, multi-quantum well laser, relative intensity noise, spontaneous noise, carrier noise. IV