Çok geçişli TKFY tasarımları ve karakteristikleri
Multi-pass TDFA designs and characteristics
Yazar: AYTEN DİNCER
Danışman: PROF. DR. MURAT YÜCEL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Çok aşamalı bir fiber yükselteç tasarlamanın temel amacı, uzun mesafeli optik iletim sistemleri için daha yüksek performans elde etmektir. Bu çalışmada uzun mesafe optik iletim sistemleri için ön yükselteç olarak kullanılabilecek çok geçişli TKFY tasarımları ve giriş gücü, pompa dalgaboyu ve gücü, TKF uzunluğu gibi parametrelerin sistem kazancı ve gürültü şekli üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışmada s bandında ilk kez üç ve dört geçişli TKFY konfigürasyonları denenmiş olup, yeni ve özgün bilgi üretimi ve paylaşımı sağlanarak, literatürdeki bu alandaki boşluk doldurulmuştur. İlk olarak yapılan araştırma ve çalışmada en uygun pompa dalgaboyunun 1050 nm ve pompalama yönünün ise ileri-ileri-geri yönlü olduğu tespit edilmiştir. Fakat geri pompalama yönünün araştırmaya eklenmesi iki, üç ve dört geçişli konfigürasyonlarda tasarım ihtimali sayısını arttıracağı ve karışıklığa yol açacağı için sadece ileri yönlü pompalama kullanılmıştır. 1050 nm pompa dalgaboyu ve ileri yönlü pompalama kullanılarak muhtemel çok geçişli TKFY konfigürasyonları oluşturulmuş ve sırası ile incelenmiştir. İnceleme sırasında öncelikle giriş gücünün her bir konfigürasyon karakteristiğine etkisi araştırılıp en uygun giriş gücü belirlenmiş, daha sonra pompa gücü ve TKF uzunlukları sırasıyla optimize edilmiştir. Yapılan çalışmada kullanılan tüm tasarımlar, profesyonel bir ticari yazılım olan Optisystem 21.0 yazılım programı kullanılarak benzetimi yapılmıştır. Her çalışma sonunda elde edilen veriler kullanılarak kazanç ve gürültü şekli değişim grafikleri oluşturulmuştur. Optimize edilen konfigürasyonların her bir geçişi için kazanç ve gürültü şekli değişimleri de incelenmiştir. İki geçişli, üç geçişli ve dört geçişli konfigürasyonları kendi grupları içinde benzer koşullarda karşılaştırılarak, her grup için en verimli konfigürasyon belirlenmiştir. Yüksek performans sağlayan çok geçişli TKFY'ler, yüksek veri hızlarına ve geniş mesafelerde güvenilir iletim sağlamada hayati rol oynayan uzun mesafeli yeni nesil fiber optik haberleşme sistemlerinde ön yükselteç olarak kullanılabilir. Bu sayede bu sistemlerdeki tekrarlayıcı mesafesinin arttırılabileceği düşünülmektedir. Gelişen teknoloji ile yakın gelecekte yaşanması öngörülen alternatif band arayışına çözüm olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
The primary goal of designing a multi-stage fiber amplifier is to achieve higher performance for long-haul optical transmission systems. In this study, the effects of parameters such as input power, pump wavelength and power, and TDF length on system gain and noise figure in multi-pass TDFA designs that can be used as preamplifiers for long-haul optical transmission systems have been explored. For the first time in this study three- and four-pass TDFA configurations in s-band have been tested, and new and original information has been produced and shared, filling a gap in the literature in this field. The initial research and study clarified that the most suitable pump wavelength is 1050 nm and the pumping direction is forward forward-backward. However, since adding the backward pumping direction to the study would increase the number of design possibilities in two-, three-, and four-pass configurations and lead to confusion, only forward pumping has been used. Possible multi-pass TDFA configurations have been created and investigated using a 1050 nm pump wavelength and forward pumping. Initially, the effect of input power on each configuration's characteristics has been explored, and the optimal input power has been determined. Then, the pump power and TDF lengths have been optimized in sequence. All designs in this study have been simulated using Optisystem 21.0, a professional commercial software program. Gain and noise figure variation graphs have been generated using the data obtained at the end of each simulation. The gain and noise figure variations for each pass of the optimized configurations have been also analyzed. The two pass, three-pass, and four-pass configurations are compared under similar conditions within their respective groups to identify the most efficient configuration in each group. High-performance multi-pass TDFAs can be used as pre-amplifiers in next-generation long haul fiber optic communication systems, which play a critical role in enabling high data rates and reliable transmission over extended distances. This could potentially increase the repeater spacing in these systems. It is also believed to provide a solution to the anticipated alternative band search in the near future with the advancement of technology.