Wrocław 11.06.2010

Światłowodowy wzmacniacz erbowo-iterbowy typu „booster” dla części

nadawczej wibrometru

Paweł R. Kaczmarek, Grzegorz Soboń

Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Politechnika Wrocławska

Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Wrocław 11.06.2010

Plan Prezentacji

1. Wprowadzenie

2. Przedwzmacniacz czy Booster?

3. Założenia projektowe dla boostera

4. Opracowany układ

5. Podsumowanie

Wrocław 11.06.2010

Idea optycznego wzmacniania sygnałów wibrometrycznych

sprzęgacz 1 50:50

sprzęgacz 2 50:50

kolimator

generator

dioda PIN

modulator Bragga

analizator widma RF

układ demodulacji

laser 1531nm

zasilanie lasera

EDFA

obiekt drgający

Wrocław 11.06.2010

Idea optycznego wzmacniania sygnałów wibrometrycznych

sprzęgacz 99:1

kolimator

generator

laser1531 nm

modulator Bragga

EDFA dioda PIN

analizator widma RF

układ demodulacji

obiekt drgający

Wrocław 11.06.2010

Przedwzmacniacz czy Booster?

Przedwzmacniacz:

+ prosta budowa

+ opanowana technika

+ duże wzmocnienia

- niewielka poprawa S/N w stosunku do wzmacniania elektrycznego

- duże problemy z odbiciami w torze światłowodowym

Booster:

+ prosta budowa

+ możliwość uzyskiwania dużych mocy wiązek nadawczych

+ większa poprawa S/N w stosunku do wzmacniania elektrycznego

+ minimalizacja problemów z odbiciami

- potencjalne problemy z bezpieczeństwem

- duże ilości generowanego ciepła

Wrocław 11.06.2010

Założenia projektowe dla układu boostera

- Cztery kanały WDM

- Moc wejściowa na kanał – 10mW

- Zakładana moc wyjściowa > 100mW na kanał

- Całkowita moc wyjściowa > 400mW

- Układ w całości zrobiony w technice

światłowodowej

Wrocław 11.06.2010

Założenia projektowe dla układu boostera

Wybór techniki budowy wzmacniacza typu booster:

Klasyczny wzmacniacz EDFA

- podstawowy problem dostępność i cena laserów

pompujących dużej mocy sprzężonych ze światłowodami

dużej mocyWzmacniacz światłowodowy bazujący na włóknie z podwójnym

płaszczem

- do niedawna problem z wprowadzeniem mocy pompującej w

technice światłowodowej rozwiązany wielomodowe

sprzęgacze dedykowane do pompowania światłowodów z

podwójnym płaszczem

Wrocław 11.06.2010

Duża moc = Double Clad

Tradycyjny światłowód jednomodowy

Światłowód jednomodowy z podwójnym płaszczem

pompa

sygnał

Wrocław 11.06.2010

Aby maksymalizować moc pompującą możliwą do wprowadzenia do pierwszego płaszcza mamy dwie możliwości:

-Zwiększenie średnicy pierwszego płaszcza

-Zwiększenie apertury numerycznej pierwszego płaszcza-światłowody z drugim płaszczem polimerowym

Odpowiedni kształt pierwszego płaszcza

Duża moc = Double Clad

Wrocław 11.06.2010

Pompowanie światłowodowe

Całkowita eliminacja justowania

Odporność na czynniki zewnętrzne

Kompatybilność z pozostałą częścią wzmacniacza/laseraOgraniczenia na maksymalną moc pompującą

pompa

sygnał

Wrocław 11.06.2010

Pompowanie światłowodowe od czoła

tapered bundle end pumping - US patent 5,864,644, DiGiovanni et al., US patent 6,434,302, Fidric et Al.

large core fiber end pumping - US Patent pending, Gonthier et al.

Wrocław 11.06.2010

Budowa boostera – Światłowód aktywny

Światłowód EYDF

Wejście Wyjście

Nufern EYDF 7/130

Średnica rdzenia 7um

Średnica pierwszego płaszcza 130um

Apertura numeryczna rdzenia 0,17

Apertura numeryczna płaszcza 0,46

Drugi płaszcz z polimeru o niskim współczynniku załamania

Wrocław 11.06.2010

Budowa boostera – Pompowanie

Światłowód EYDF

Sprzęgacz 6+1/1

Wejście Wyjście

Sprzęgacz wielomodowy:Wejścia:6x 105um NA=0,221x SMF 28Wyjście:SMF 28 w pokryciu z polimeru o niskim współczynniku załamania

Maksymalna moc transmitowana 70W

Wrocław 11.06.2010

Budowa boostera – Pompy optyczne

Światłowód EYDF

Diody pompujące

Diody pompujące

Sprzęgacz 6+1/1

Wejście Wyjście

Pompy optyczne

10W z jednego emitera

Światłowód wyjściowy 105um, NA 0,22

Długości fali:

915nm, 940nm, 975nm

Wrocław 11.06.2010

Budowa Boostera

Światłowód EYDF

Dioda pompująca

Sprzęgacz 6+1/1

AbsorberWejście Wyjście

Spawy

Wrocław 11.06.2010

Charakterystyki spektralne

WyjścieSprzęgacz

99/1%

Demultiplekser

99%

EYDFA

Laser pompujący λ = 975 nm

Źródło przestrajalne

1%

Izolator

Wrocław 11.06.2010

Źródło WDM

WyjścieSprzęgacz

99/1%

Demultiplekser

99%

1%

EYDFAMultiplekser

Laser pompujący λ = 975 nm

Analizator widma optycznego

Izolator

Pomiary wzmocnienia sygnałów WDM

Wrocław 11.06.2010

Wrocław 11.06.2010

Wrocław 11.06.2010

Charakterystyka mocy wyjściowej

Moc wyjściowa wzmacniacza

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Moc pompująca [W]

Mo

c w

yjśc

iow

a [W

]

Wrocław 11.06.2010

Opracowany układ

WłóknoDouble-Clad

Er3+/Yb3+

CombinerAbsorber Izolator

Laser pompujący λ = 975 nm

WyjścieMultiplekser

Źródło WDM

Sprzęgacz 99/1%

Demultiplekser

Izolator

99%

1%

Fotodioda

Wrocław 11.06.2010

Podsumowanie

1. Przedstawiono ideę optycznego wzmacniania sygnałów

w układach wibrometrów

2. Przedstawiono założenia i parametry wzmacniacza do

układu czterokanałowego wibrometru WDM

3. Zbudowany wzmacniacz spełnia założenia projektowe

4. Opracowane rozwiązanie ma „zapas” – zwiększenie

ilości kanałów lub mocy wyjściowej sygnałów

optycznych możliwe bez konieczności modyfikacji

układu wzmacniacza

Wrocław 11.06.2010

Dziękuję za uwagę