Thuliem dopovaný vláknový zesilovač

Abstract

Předmětem této práce je vývoj a charakterizace thuliem dopovaných opticky vláknových zesilovačů (TDFA) pro vlnové délky za pásmem L (1565-1625 nm) k čemuž také přísluší laditelné thuliem dopované vláknové lasery (TTDFL) potřebné pro charakterizaci TDFA. K práci dále náleží vývoj thuliem dopovaného vlákna s novou geometrií, která zahrnuje vnitřní plášť s poklesem indexu lomu okolo jádra. Tato geometrie umožňuje vyvázat základní mód vlákna o vlnové délce delší než té, která je nastavena ohybem vlákna. Závislost tohoto jevu na ohybu vlákna je nejdříve prostudována a tyto poznatky jsou následně využity při sestavení TTDFL a dvou TDFA pro vlnové délky 1650-1800 nm. Spolu s TTDFL a TDFA pro vlnové délky 1800-2050 nm tvoří tyto zařízení hlavní náplň a zároveň výsledný produkt této práce. TTDFL zdroje musí splňovat určité požadavky, aby bylo možné je použít pro charakterizaci TDFA. Mezi tyto požadavky patří dostatečný výstupní výkon, stabilita výstupního výkonu, poměr signálu k šumu a rozsah laditelnosti. Splnění těchto požadavků je ověřeno experimenty, které jsou popsány a vyhodnoceny. TDFA jsou charakterizovány na několika vlnových délkách pokrývajících jejich zamýšlené pásmo vlnových délek. Charakterizace zahrnuje měření zesílení a v případě, kdy je zařízení případně možné nasadit do reálné aplikace, je provedeno měření šumového čísla. Na konci každé sekce s výsledky jsou diskutovány příčiny některých komplikací a také jsou navržena možná vylepšení. Lze zmínit výsledky měření TDFA pro vlnové délky 1800-2050 nm, kdy naměřené zesílení v pásmu 1840-1980 nm vykazovalo plochou charakteristiku s hodnotou okolo 25 dB pro vstupní signál o výkonu 0 dBm. Maximálního malosignálového zesílení bylo dosaženo na vlnové délce 1880 nm, kde byla naměřena hodnota zesílení 40,7 dB a k tomu příslušné šumové číslo 6,45 dB. Relativně dobrých výsledků bylo dosaženo s TDFA pro vlnové délky 1650-1800 nm, který vykazuje vysoké zesílení ve spektrální oblasti 1740-1840 nm. Kombinací dvou TDFA je tedy možné pokrýt oblast 1740-1980 nm, což odpovídá šířce pásma okolo 20 THz.

The subject of this thesis is the development and characterization of thulium-doped fiber optic amplifiers (TDFA) for wavelengths beyond the L-band (1565-1625 nm) which includes tunable thulium-doped fiber lasers (TTDFL) needed to characterize the TDFAs. Also included is the development on novel geometry thulium doped fiber featuring a depressed cladding around the core of the fiber. This geometry introduces a fundamental mode cutoff to the fiber, which can be adjusted by bending the fiber. The dependance of fundamental mode cutoff wavelength is investigated and the results used to setup a TTDFL and two TDFAs for wavelengths covering 1650-1800 nm. Together with a TTDFL and a TDFA for wavelengths spanning 1800-2050 nm these devices form the focus and final product of this thesis. The TTDFLs must meet certain requirements to be used for amplifier characterization such as sufficient output power, output power stability, signal to noise ratio and tuning range. Measurements confirming the compliance with these requirements are described and their results presented. The TDFAs are characterized over a number of wavelengths in their intended coverage range with measurements determining gain and, in case the setup is deemed viable for use in real world applications, also the noise figure. A discussion pertaining possible causes for issues and further improvements is contained at the end of each result section. Of significant note are the results of the TDFA covering 1800-2050 nm, where good amplifier performance spanning 1840-1980 nm is observed with a relatively flat gain spectrum of ~25 dB with input signal power of 0 dBm. Maximum small signal gain reached with this setup was 40.7 dB with corresponding noise figure of 6.45 dB at 1880 nm. Relatively good results were also achieved with the TDFA setup covering 1650-1800 nm, where high gain covering 1740-1840 nm was observed. This allows for a two-device system covering 1740-1980 nm corresponding to a ~20 THz bandwidth.