Hafnium-bizmut-erbiyum ve zirkoryum-erbiyum ortak katkılı fiber optik yükselteç kazancının sıcaklık bağımlılığının analizi
Analysis of temperature dependence of hafnium-bismuth-erbium and zircorium-erbium co-doped fiber optic amplifier gain
Yazar: MEHMETHAN GÜNDOĞDU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FIRAT ERTAÇ DURAK
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Telekomünikasyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Fiber optik = Fiber optics ; Nadir toprak elementleri = Rare earth elements ; Optik yükselteç = Optical amplifers

Özet:
Erbiyum katkılı fiber yükselteçler (EDFA'lar), 1550 nm dalga boyu aralığında optik sinyalleri yükseltmek amacıyla optik iletişim sistemlerinde yaygın olarak kullanılmakta olup, uzun mesafe iletişiminde tercih edilmektedir. Bu yükselteçlerde, optik sinyalleri verimli bir şekilde yükseltmek için erbiyum iyonlarının özgün özelliklerinden yararlanır. Erbiyum iyonları sıcaklık değişimlerine karşı hassas olup, performansları termal değişimlerden etkilenmektedir. Sıcaklık değişimlerinde, erbiyum iyonlarının popülasyon ters birikimi ve enerji seviyelerinde meydana gelen değişiklikler, yükseltecin kazancını etkilemektedir. Bu durum, yükseltme bant genişliğini etkileyebilir ve geniş bir çalışma sıcaklık aralığında sabit bir kazancı korumak için termal dengenin sağlanmasına yönelik tekniklerin uygulanmasını gerektirebilir.
Bu tez çalışmasında, C-Bandında 980 nm dalga boyunda pompa lazer kullanılarak farklı erbiyum (Er) katkılama değerine (ppm) sahip nadir toprak elementi katkılı erbiyum katkılı fiberler (EDF) ve ticari EDF'ler için sıcaklık değişiminin spektral kazanç profili üzerindeki etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Araştırmada, hafniyum-bizmut-erbiyum ve zirkonyum-erbiyum ortak katkılı fiberlerdeki kazancın -10°C ila 60°C aralığındaki sıcaklık değişikliklerinden hangi ölçüde etkilendiği analiz edilmiştir. Ayrıca, bu çalışma ile literatüre önemli bir katkı yapılarak, nadir toprak element barındıran EDF'lerde sıcaklığa duyarlı olmayan bir dalga boyunun varlığı araştırılmıştır. Sonuçlar, sıcaklık değişimlerinin C-Bant bölgesinde erbiyum katkılı fiberlerin kazanç profiline olan etkisini ortaya koyarak, optik iletişim sistemlerinde sıcaklıkla ilgili risk yönetimi konusunda önemli bilgiler sağlamıştır.

Abstract:
Erbium-doped fiber amplifiers (EDFAs) are widely used in optical communication systems to amplify optical signals in the 1550 nm wavelength range, which is preferred for long-distance communication. These amplifiers utilize the unique properties of erbium ions to efficiently amplify optical signals. Erbium ions are sensitive to temperature variations, and their performance can be influenced by temperature fluctuations. Changes in temperature can affect the population inversion and energy levels of erbium ions, impacting the gain of the amplifier. Spectral gain values may shift due to temperature variations, which can affect the amplification bandwidth and necessitate the implementation of thermal stabilization techniques to maintain a stable gain over a wide operating temperature range.
In this thesis, the effect of temperature variation on the spectral gain profile for erbium-doped fibers (EDFs) with different erbium (Er) doping concentrations (ppm) and commercial EDFs was experimentally investigated using a pump laser with a wavelength of 980 nm in the C-band. The study analyzed how the gain in hafnium-bismuth-erbium and zirconium-erbium co-doped fibers was affected by temperature changes in the range of -10°C to 60°C. Additionally, the presence of a temperature-insensitive wavelength in rare-earth-doped EDFs was explored, providing a significant contribution to the literature. The results highlighted the impact of temperature variations on the gain profile of erbium-doped fibers in the C-band, offering valuable insights into managing temperature-related effects in optical communication systems.