Nadir toprak-katkılı tek-modlu fiber kuvvetlendiricilerin tasarım ve optimizasyonuna sıcaklığın etkisi
Effect of the temperature to design and optimization of the rare-earth-doped single-mode fiber amplifiers
Yazar: CÜNEYT BERKDEMİR
Danışman: PROF.DR. SEDAT ÖZSOY
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
IVNADİR TOPRAKâKATKILI TEK-MODLU FİBERKUVVETLENDİRİCİLERİN TASARIM VE OPTİMİZASYONUNASICAKLIĞIN ETKİSİCüneyt BERKDEMİRErciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri EnstitüsüDoktora Tezi, Ağustos 2005Tez Danışmanı: Prof. Dr. Sedat ÖZSOYÖZETErbiyum-katkılı fiber kuvvetlendirici (EKFK)'ler fiber-optik haberleşme sistemleri içinüçüncü pencere olarak adlandırılan 1550 nm dalgaboyunda geniş-bandlı ( â¼ 30 nm) birışıma kuvvetlendirimi sağlarlar. Bu çalışmada, 1480 nm ve 980 nm'de pompalanan birEKFK'nin sinyal kazancının sıcaklığa bağlılığı için analitik bir ifade, kuvvetlendirilmişkendiliğinden yayınım (KKY)'ın eklendiği sıcaklık-hassasiyetli yayınım denklemleriniçözerek elde edildi. Bu ifadede, amacımız, EKFK'lerin sıcaklık-bağımlı kazançkarakteristiklerinin sadece tesir kesitlerindeki değişimden değil, aynı zamanda Starketkisi ile yarılan yarı kararlı seviyedeki ( 4 I13 2 ) iyon doluluklarının Boltzmanndağılımından meydana geldiğini göstermektir. Nümerik hesaplamalar, -20 oC'dan + 60oC'a kadar değişen sıcaklık bölgesi ve çeşitli fiber uzunlukları için yapıldı. Kazancın,1480 nm pompalama şartları altında 24 m'lik ve 980 nm pompalamakonfigürasyonunda 13 m'lik bölge içerisinde sıcaklığın artması ile azaldığı görüldü.Diğer, ilgi çekici nadir-toprak katkılı fiber kuvvetlendirici, dalgaboyları ikincipencerede ve hemen hemen tüm uzun mesafeli optik haberleşme ağlarında kullanılan1300 nm iletim sistemlerinde başlıca cihaz olan praseodimyum-katkılı fiberkuvvetlendirici (PKFK)'lerdir. Fluorid konakçıya katkılanan Pr3+'nın enerji seviyelerisıcaklık-hassasiyetli oran denklemleri aracılığı ile modellendi. 1017 nm'de pompalananbir PKFK'nin sinyal kazancının sıcaklığa bağımlılığı için analitik ifadeler oran3F4 â 3 F3denklemlerini çözerek elde edildi. Kazancın sıcaklığa bağımlılığınınseviyelerindeki Pr3+ iyonlarının doluluk dağılımına kuvvetlice bağımlı olduğugörülmüştür. Nümerik sonuçlar 0 oC , 20 oC ve 40 oC için verilmiştir.Anahtar Kelimeler: Nadir-toprak elementleri, Erbiyum, Praseodimyum, Optikkuvvetlendirici, Optimizasyon.

Abstract:
VEFFECT OF THE TEMPERATURE TO DESIGN AND OPTIMIZATION OFTHE RARE-EARTH-DOPED SINGLE-MODE FIBER AMPLIFIERSCüneyt BERKDEMİRErciyes University, Graduate School of Natural and Applied SciencesPh. D. Thesis, August 2005Thesis Supervisor: Prof. Sedat ÖZSOYABSTRACTErbium-doped fiber amplifiers (EDFAs) provide a broadband ( â¼ 30 nm) amplificationof radiation whose wavelengths are in the so-called third window for fiber-opticcommunication systems at 1550 nm. In this study, an analytical expression for thetemperature dependence of the signal gain of an EDFA pumped at 1480 nm and 980 nmis obtained by solving the temperature-sensitive propagation equations including theamplified spontaneous emission (ASE). In this expression, our motivation is shown thatthe temperature-dependent gain characteristics of EDFAs result from not only thechanges in cross sections but also the Boltzmann distribution of ion population in themetastable level ( 4 I13 2 ), which is split by the Stark effect. Numerical calculations arecarried out for the temperature range from -20 to + 60 oC and the various fiber lengths.It is shown that the gain decreases with increasing temperature within the range of 27m under the condition of 1480 nm pumping and the range of 13 m at 980 nm pumpingconfiguration.Other type interesting rare-earth-doped fiber amplifiers is praseodymium-doped fiberamplifiers (PDFAs), whose wavelengths are in the so-called second window and theleading devices in 1300 nm transmission systems that are used in almost all terrestrialoptical communication networks. The energy levels of Pr3+ doped to fluoride host aremodelled by means of the temperature-sensitive rate equations. Analytical expressionsfor the temperature dependence of the signal gain of a PDFA pumped at 1017 nm areobtained by solving the rate equations. It is seen that the temperature dependence of thegain strongly depends on the distribution of population of Pr3+-ions in the 3 F4 â 3 F3levels. Numerical results are given for 0 oC, 20 oC and 40 oC.Keywords: Rare-earths elements, Erbium, Praseodymium, Optical amplifier,Optimization.