Genişbantlı fiber optik tabanlı uygulamalar için dalgaboyu ayarlanabilir halka tipi erbiyum katkılı fiber lazer tasarımı

Abstract

Dalgaboyu ayarlanabilir halka tipi erbiyum katkılı fiber lazerler (EDFRL) özellikle dalgaboyu çoğullamalı (WDM) fiber optik haberleşme sistemlerinde, bu sistemlerde kullanılan ekipmanların test ve karakterizasyonlarında ve fiber optik sensör uygulamalarında önemli bir kullanım alanına sahiptir. Bu tez çalışmasında, öncelikle klasik EDFRL'nin tasarımı, teorik modellenmesi, performansının teorik analizi ve deneysel karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Erbiyum katkılı fiber (EDF) uzunluğu, çıkış kuplörü oranı, erbiyum iyon yoğunluğu, pompa gücü gibi parametrelerin halka tipi EDFL'nin performansına etkileri teorik ve deneysel olarak incelenmiş ve sonuçların örtüştüğü görülmüştür. Belirlenen optimum parametrelerle oluşturulan EDFRL tasarımlarının deneysel karakterizasyonu sonucunda yüksek çıkış gücü (~4.5 dBm) ve C+L bandını kapsayan geniş ayarlanabilir ışıma dalgaboyu aralığı (~80 nm) ve yüksek OSNR değeri (54.7 dB) elde edilmiştir. Ayrıca bu çalışmada, döngü tipi erbiyum katkılı fiber yükselteç (EDFA) tabanlı ve çift geçişli EDFA tabanlı olmak üzere özgün iki EDFRL tasarımı önerilmiş olup, her iki EDFRL tasarımının çıkış sinyali spektral güç performansları ve OSNR değerleri deneysel olarak karakterize edilmiştir. Tasarlanan özgün EDFRL'ler ile C+L bandını kapsayan 70 nm ayarlanabilir dalgaboyu aralığında, ortalama -3.2 dBm çıkış gücü ve minimum 59 dB OSNR değeri elde edilmiştir. Ayrıca yapılan ölçümlerde her üç EDFRL tasarımının da az sayıda spektral modlu, lineer polarize çıkışlı, dar çizgi genişliğine (<17 pm) sahip olduğu görülmüştür. Çalışmanın son bölümünde tasarlanan EDFRL'lerin WDM haberleşme ve sensör uygulamalarındaki performansları incelenmiş ve kritik uygulamalarda kullanıma son derece uygun oldukları görülmüştür.

Tunable erbium doped fiber ring lasers (EDFRL) play an important role in wavelength division multiplexing (WDM) telecommunication systems, testing and characterization of components in these systems and optical fiber sensor applications. In this thesis firstly, design, theoretical analysis and experimental characterization of conventional EDFRL have been performed. The effects of erbium doped fiber (EDF) length, output coupler ratio, erbium doping concentration and pump power on its performance have been analyzed both theoretically and experimentally and it has been seen that the results are in good quantitative agreement. With the optimum parameters a high output power level (∼+4.5 dBm), a wide wavelength tuning range (∼80 nm) covering C+L bands and a high optical signal-noise ratio (OSNR) (54.7 dB) have been achieved. Also, in this study, two novel EDFRL configurations based on loop erbium doped fiber amplifier (EDFA) design and double-pass EDFA design have been proposed. Output power and spectral performances of both EDFRL designs have been analyzed experimentally. A tuning range over 70 nm covering C+L bands, a moderate output power of -3.2 dBm and a high OSNR value of 59 dB have been obtained with both novel EDFRL configurations. Also, narrow linewidths (<17 pm) with few spectral modes have been achieved for all three EDFRL designs. In the last part of the study, the performance of EDFRLs in WDM communication and sensor applications have been examined and found to be suitable for use in critical applications. As a result, it has been understood that, the designed tunable EDFRLs can be used with high performance in broadband fiber optic applications due to their stable output powers, wide tuning ranges, high OSNR values and narrow linewidths.