Dört dalga karışımının fotonik WDM ağlarda iletim performansı üzerindeki etkisinin incelenmesi
Analysis of the effect of four wave mixing on transmission performance of photonic WDM networks
Yazar: NAZLI ERGÜNEY
Danışman: PROF. DR. GÜNEŞ YILMAZ
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Doğrusal olmayan olaylar, optik fiber içerisinde iletilen işaretlerde bozulmalara ve zayıflamalara sebebiyet verir. Uyarılmış saçılmaya (Raman ve Brillouin Saçılması) ve Optik Kerr etkisine bağlı olarak (Öz Faz Modülasyonu, Çapraz Faz Modülasyonu ve Dört Dalga Karışımı) değişen bu olaylardan Dört Dalga Karışımı (FWM), iletilen gücün yüksek olması ve kanallar arası boşlukların dar olması sonucu üç işaretin birbirlerini etkilemesi ile yeni işaretlerin oluşması şeklinde ortaya çıkar. FWM, dalgaboyu bölmeli çoğullama (WDM) sistemlerinde doğrusal olmayan çapraz karışımın en önemli nedenlerinden biridir. WDM sistemlerinde kullanılan kuvvetlendiriciler, FWM etkisini de arttırmakta ve bu durum sistem performansını olumsuz yönde etkilemektedir. Ayrıca FWM, işaretler arası girişime de neden olmaktadır.Bu tez çalışmasında, WDM haberleşme sistemlerinde FWM'i oluşturan etkenler ve FWM'in iletim performansı üzerindeki etkileri, G.652 (SMF-Tek modlu fiber), G.653 (DSF-Dispersiyonu kaydırılmış fiber), G.655 (NZDSF-Sıfır olmayan dispersiyonu kaydırılmış fiber), DCF (Dispersiyon dengeleyici fiber) fiberlerde incelenmiştir. Yapılan benzetimlerle, kanallar arası boşluğun farklı değerlerindeki FWM gürültü gücü, kanal gücü değişiminin birinci ve ikinci dereceden FWM çapraz karışımına etkisi, FWM gücünün farklı iletim mesafeleri ve kromatik dispersiyon değerlerine göre değişimi, FWM etkinliği-iletim mesafesi ilişkisi, Yoğun dalgaboyu bölmeli çoğullama (DWDM) sisteminde farklı kanal boşlukları ve kanal sayılarına göre FWM gücü ve FWM etkisi ile oluşan işaret gürültü oranları (SNR) irdelenmiştir.Kanallar arası boşluğun eşit seçildiği sistemlerde, FWM gücünün etkisi arttığı için, bu etkinin kanal boşluklarının büyük (2.5 nm) tutulması ile azaltılabileceği, kromatik dispersiyonun iletim mesafesine kıyasla FWM gücünü daha fazla düşürdüğü, FWM etkinliğinin kısa iletim mesafelerinde daha belirgin olduğu (1 km için 50 GHz'de % 75 etkinlik), birinci dereceden FWM ürünlerinin ikinci dereceden FWM ürünlerine göre yaklaşık iki katı kadar FWM çapraz karışımına sebep olduğu saptanmıştır.DWDM sistemlerinde, kanallardaki FWM'in etkisi sonucu SNR oranlarını gösteren sonuçlarda 1550 nm'de dispersiyon değeri 3.7 ps/nm.km olan aynı zamanda geniş etkin alanlı NZDSF'nin kanallar arası doğrusal olmayan çapraz karışımı azaltabileceği görülmüştür. FWM gücünün ise DSF fiber için en büyük olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Nonlinear phenomena cause distortions and attenuations on signals transmitted in optical fiber. These phenomena depend on stimulated scattering (i.e. Raman and Brillouin Scatterings) and optical Kerr effect (i.e. Self Phase Modulation, Cross Phase Modulation and Four Wave Mixing). As a result of high transmitted power and close channel spacings, interaction of three different signals transmitted in an optical fiber generates a new signal which is known as four wave mixing (FWM) phenomenon. FWM is one of the main reasons of nonlinear crosstalk in wavelength division multiplexing (WDM) systems. The amplifiers used in WDM systems increase the effect of FWM and this situation affects the system performance negatively. Moreover, FWM causes inter-symbol interference.In this thesis, the parameters generating FWM and the effects of FWM on the transmission performance in WDM communication systems are investigated for G.652 (SMF- Single mode fibers), G.653 (DSF-Dispersion shifted fibers), G.655 (NZDSF-Non-zero dispersion shifted fibers) and DCF (Dispersion compensating fibers). FWM noise for different values of channel spacing, the effect of variation of channel signal power on first and second order FWM crosstalk, variation of FWM due to different transmission lengths and chromatic dispersion values, the relation between FWM efficiency and the transmission length, signal-to-noise ratio (SNR) occurred as a result of FWM noise and FWM efficiency in dense wavelength division multiplexing (DWDM) systems considering different channel spacings and different numbers of channels, are analyzed with simulations performed.In systems having equal channel spacings, since the FWM effect is getting high, it is observed that this effect can be reduced by using large channel spacings (2.5 nm). It is also observed that the chromatic dispersion has a more degrading influence on FWM with respect to the transmission length, the FWM efficiency is more obvious in short transmission lengths (for 1 km and 50 GHz, 75 % efficiency) and the first-order FWM products cause nearly twice FWM crosstalk with respect to second-order FWM products.For DWDM systems, simulation results displaying SNR values affected by FWM in channels show that the NZDSF fiber having a 3.7 ps/nm.km dispersion value at 1550 nm and a large effective area can reduce the nonlinear crosstalk between channels. Furthermore, it is also determined that the FWM power is maximum for DSF fiber.