Optik kuvvetlendiricilerin analizi ve uygulamaları
Analysis and applications of the optical amplifiers
Yazar: TOLGA KÜÇÜKARSLAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. N. ÖZLEM ÜNVERDİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: EDFA = EDFA ; Erbiyum = Erbium ; Optik iletişim = Optical communication ; Optimizasyon = Optimization ; Raman = Raman ; Yarı iletkenler = Semiconductors ; İletişim teknolojisi = Communication technology ; İterbiyum = Ytterbium

Özet:
Fiber optik haberleşme sistemlerinde, optik sinyalin uzun mesafeler boyunca kayıpsız ve en az gürültü ile iletilmesi büyük önem taşımaktadır. Optik kuvvetlendiriciler, sinyali yüksek kazanç ve düşük gürültü ile kuvvetlendirerek optik sinyalin uzun mesafeler boyunca iletilmesini sağlamaktadır.Bu tez çalışmasında, erbiyum katkılı fiber optik kuvvetlendiriciler, iterbiyum katkılı fiber optik kuvvetlendiriciler, yarıiletken optik kuvvetlendiriciler ve Raman fiber kuvvetlendiriciler incelenmiş ve literatür taraması ile elde edilen bilgiler sonucunda OptiSystem 7.0 simülasyon programı kullanılarak bu kuvvetlendiricilerin tasarımları yapılmıştır. Sistem tasarım parametreleri belirli değerler aralığında değiştirilerek yapılan simülasyonlar sonucu kuvvetlendiricilerin optimum çalışma koşulları belirlenerek performansları değerlendirilmiş ve kuvvetlendiricilerin performansları karşılaştırılmıştır. Simülasyonlardan elde edilen sonuçlar kullanılarak optik sinyalin uzun mesafeye iletilebilmesi amacıyla iki katlı bir hibrid optik kuvvetlendirici tasarımı yapılmıştır.Çalışmanın Birinci Bölümü'nde, optik kuvvetlendiriciler ve kullanım alanları tanıtıldıktan sonra İkinci Bölüm'de, erbiyum katkılı fiber optik kuvvetlendiricilerin (EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier) yapısı ve çalışma prensibi açıklanmıştır. Üçüncü Bölüm'de, iterbiyum katkılı fiber optik kuvvetlendiricilerin (YDFA, Ytterbium Doped Fiber Amplifier) yapısı ve çalışma prensibi anlatılmış, Dördüncü Bölüm'de, yarıiletken optik kuvvetlendiricilerin (SOA, Semiconductor Optical Amplifiers) modellenmesi ve çalışma mekanizması açıklanmış ve Beşinci Bölüm'de, Raman fiber kuvvetlendirici yapısı ve çalışma şekli anlatılmıştır. Altıncı Bölüm'de, OptiSystem 7.0 simülasyon programı ile bu kuvvetlendiricilerin tasarımı yapılmış ve tasarım parametrelerinin kuvvetlendiricilerin performansı üzerindeki etkileri incelenerek kuvvetlendiricilerin optimum çalışma koşulları belirlenmiştir. Elde edilen bu verilerden yola çıkılarak Yedinci Bölüm'de, optik sinyalin uzun mesafelere iletilmesi amacıyla Raman ve EDFA'nın kullanıldığı iki katlı hibrid bir optik kuvvetlendirici tasarlanmış ve hibrid optik kuvvetlendirici çıkışındaki kazanç ve güç değerleri incelenmiştir. Tüm simülasyon sonuçları ve elde edilen veriler, Sekizinci Bölüm'de yorumlanarak değerlendirilmiştir.

Abstract:
It is very important to transmit optical signal over the optical communication systems with very low losses and noise. The optical amplifiers can transmit optical signals along long distances while amplifying them with high gain and low noise.In this thesis, erbium doped fiber amplifiers, ytterbium doped fiber amplifiers, semiconductor optical amplifiers and Raman fiber amplifiers are investigated and the design of these amplifiers are simulated in Optisystem 7.0 simulation program by considering the results of litterateur researches. The optimum operating conditions of the amplifiers are determined and amplifier performances are obtained in the optimum operating conditions by changing system design parameters at specific intervals; the performance of the amplifiers are compared based on their the simulation results. A two stage hybrid optical amplifier is designed to transmit optical signal along the very long distances by considering simulation results.After the optical amplifiers and their usage in optical networks are introduced in the First Section of this study, the material structure and operating method of erbium doped fiber amplifiers (EDFA) are explained. The material structure and operating method of ytterbium doped fiber amplifiers (YDFA) are explained in the Third section, modeling of semiconductor optical amplifiers (SOA) are achieved and working process of SOAs are explained in the Fourth Section and in the Fifth Section, the material structure and operating method of Raman fiber amplifiers are explained. In the Sixth Section, the amplifiers are designed by using OptiSystem 7.0 simulation program and the optimum operating conditions of amplifiers are achieved after the effects of design parameters on amplifier performance are examined. In the Seventh Section, a two stage hybrid optical amplifier, which is built by cascading a Raman fiber amplifier and an EDFA, is designed to transmit the optical signal over long distances based on the results that are achieved in the previous section and gain and power measurements in the output of the hybrid optical amplifier are examined. As a conclusion, all the simulation data and results are evaluated in the Eighth Section.