Halka tipi erbiyum katkılı fiber lazerlerde gürültü şeklinin iyileştirilmesi
Improving noise factor in ring type erbium doped fiber lasers
Yazar: BENGİSU ÜNALAN
Danışman: PROF. DR. MURAT YÜCEL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Erbiyum = Erbium ; Fiber lazer = Fiber laser ; Gürültü şekillendirme = Noise shaping

Özet:
Erbiyum katkılı fiber lazerler (EKFL); kolay kurulumları, yüksek çıkış güçleri, yüksek sinyal-gürültü oranları ile fiber optik haberleşmede, optik sensör tasarımlarında, biyofotonik çalışmalarda, sinyal işlemede ve spektroskopi çalışmalarında oldukça önemli rol oynamaktadır. EKFL'lere ait gürültünün bastırılması ile daha yüksek optik sinyal-gürültü oranı (OSGO) elde edilir ve bu sayede optik sistem, daha yüksek bir bant genişliğine sahip olur, bunun sonucunda da daha hızlı çalışır. Gürültüdeki bu iyileştirme, dalga boyu bölmeli çoğullamalı (DBÇ) sistemler için önemlidir. Bu tez çalışmasında OptiAmplifier 4.0 benzetim programı kullanılarak EKFL tasarımları yapılmıştır. Lazer kavitesindeki erbiyum katkılı fiber (EKF) boyunun seçiminde en yüksek çıkış gücünü elde etmek üzere optimizasyon yapılmıştır ve sonrasında elde edilen uzunluk değeri ile döngü tipi erbiyum katkılı fiber yükselteç (EKFY) tasarımına dayanan halka tipi EKFL'ye ait benzetim ve deneysel kurulum sonuçları elde edilmiştir. Klasik halka tipi EDFL sonuçları için hem 1480 nm ileri yönlü pompalama; hem de 1480 nm ileri, 980 nm geri pompalama olmak üzere çift yönlü pompalama yapılmıştır. İlk olarak; literatürde daha önce çalışılmış olan döngü EKFY tabanlı EKFL tasarımında, çıkış kuplöründen önce bir 1x2 kuplör daha eklenmiştir (%1-%99 ve %50-%50 bölme oranları denenmiştir) ve OSGO'yu sırası ile ~15 dB ve ~23 dB iyileştirdiği görülmüştür. İkinci tasarımda ise ikinci kuplör eklenmiş olan yeni EKFL düzeneğine doğrusal olmayan yükselteç döngü aynası (DOYDA) eklenmiş ve daha da yüksek OSGO elde edildiği görülmüştür (~29 dB). Bununla birlikte, tüm yeni tasarımlarda çıkış gücünde azalma olduğu tespit edilmiştir (sırasıyla 11,14 dBm; 5,4 dBm ve 0,83 dBm). Tüm deneysel düzeneklerde, pompalama lazerindeki güç artışıyla; EKFL çıkışında daha yüksek güç elde edildiği görülmüştür.

Abstract:
Erbium doped fiber lasers (EDFLs) are very important for optical fiber communication, optical sensor designs, biophotonic studies, signal processing and spectroscopy studies due to their easy setup, high output power and high signal-noise ratio. By reducing the noise in EDFLs, higher optical signal-noise ratio (OSNR) value is achieved, consequently the optical system gets broader bandwith and works faster. This improvement in noise is important for wavelegth division multiplexing systems. In this thesis, EDFLs have been designed in OptiAmplifier 4.0 simulation program. Optimization for achieving the highest output power has been used for determining the length of erbium doped fiber (EDF) that is in the laser cavity. Following this, simulation and experiment values (output power and OSNR) for ring type EDFL based on loop type erbium doped fiber amplifier (EDFA) in optimized length have been obtained. In conventional ring type EDFL, both 1480 nm forward pumping and 1480 nm - 980 nm bi-directional pumping have been implemented for measurement. Firstly, a 1x2 coupler (1%-99% and 50%-50% coupler ratios have been analyzed) has been added before the output coupler of ring type EDFL based on loop type EDFA that studied in the literature and it has been observed that it improved the OSNR by ~15 dB and ~23 dB, respectively. In the second design, a non-linear amplifying loop mirror (NALM) has been added to the new EDFL design that has the second coupler and it has been observed that even higher OSNR was obtained (~29 dB). However, reductions in output power have been found for all new designs (11,14 dBm; 5,4 dBm and 0,83 dBm, respectively). In all experimental setups it has been observed that with the power increase in the pumping laser; higher power is obtained at the EDFL output.