Autokoherentny pomiar widma laserów półprzewodnikowych. autorzy: Łukasz Długosz Jacek Konieczny

Podobne dokumenty
OPTOTELEKOMUNIKACJA. dr inż. Piotr Stępczak 1

Parametry i technologia światłowodowego systemu CTV

Dyspersja światłowodów Kompensacja i pomiary

Laboratorium TECHNIKI LASEROWEJ. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

TELEKOMUNIKACJA ŚWIATŁOWODOWA

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 1. Modulator akustooptyczny

Zjawiska nieliniowe w światłowodach Wykład 8 SMK Na podstawie: J. Siuzdak, Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej

Technika laserowa, otrzymywanie krótkich impulsów Praca impulsowa

Światłowodowe Sensory interferencyjne: zasady pracy i konfiguracje

FACULTY OF ADVANCED TECHNOLOGIES AND CHEMISTRY. Wprowadzenie Podstawowe prawa Przetwarzanie sygnału obróbka optyczna obróbka elektroniczna

Demodulator FM. o~ ~ I I I I I~ V

Czujniki światłowodowe

1. Wzmacniacze wiatłowodowe oparte na zjawisku emisji wymuszonej (lasery bez sprz enia zwrotnego).

Wzmacniacze optyczne ZARYS PODSTAW

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] - częstotliwość.

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

ELEMENTY SIECI ŚWIATŁOWODOWEJ

Zjawiska w niej występujące, jeśli jest ona linią długą: Definicje współczynników odbicia na początku i końcu linii długiej.

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] -częstotliwość.

1. Nadajnik światłowodowy

SPECYFIKACJA ZASIĘGU POŁĄCZEŃ OPTYCZNYCH

Systemy transmisji o bardzo dużych zasięgach i przepływnościach Wykład 19 SMK

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I APARATURY ELEKTRONICZNEJ. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych. Numer ćwiczenia: 7

Sieci optoelektroniczne

Sprzęganie światłowodu z półprzewodnikowymi źródłami światła (stanowisko nr 5)

KOMPUTEROWY TESTER WIELOMODOWYCH TORÓW ŚWIATŁOWODOWYCH

Różnorodne zjawiska w rezonatorze Fala stojąca modu TEM m,n

VI. Elementy techniki, lasery

Wprowadzenie do światłowodowych systemów WDM

1. Modulacja analogowa, 2. Modulacja cyfrowa

Def. MO Optyczne elementy o strukturze submm lub subμm, produkowane głównie metodami litograficznymi

PL B1. Sposób pomiaru współczynnika załamania oraz charakterystyki dyspersyjnej, zwłaszcza cieczy. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

FDM - transmisja z podziałem częstotliwości

Optyczne elementy aktywne

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 5. Badanie wpływu periodycznych zgięd na tłumiennośd światłowodu

Fotonika kurs magisterski grupa R41 semestr VII Specjalność: Inżynieria fotoniczna. Egzamin ustny: trzy zagadnienia do objaśnienia

Systemy i Sieci Radiowe

Optotelekomunikacja 1

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 3. Pomiar drgao przy pomocy interferometru Michelsona

f = 2 śr MODULACJE

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

KOREKCJA BŁĘDÓW W REFLEKTOMETRYCZNYCH POMIARACH DŁUGOŚCI ODCINKÓW SPAWANYCH TELEKOMUNIKACYJNYCH ŚWIATŁOWODÓW JEDNOMODOWYCH

Politechnika Warszawska

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 2. Badanie apertury numerycznej światłowodów

Projektowanie układów scalonych do systemów komunikacji bezprzewodowej

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 01/18. SŁAWOMIR CIĘSZCZYK, Chodel, PL PIOTR KISAŁA, Lublin, PL

Układy elektroniczne II. Modulatory i detektory

Sygnał vs. szum. Bilans łącza satelitarnego. Bilans energetyczny łącza radiowego. Paweł Kułakowski. Zapewnienie wystarczającej wartości SNR :

06 Tor pośredniej częstotliwości, demodulatory AM i FM Pytania sprawdzające Wiadomości podstawowe Budowa wzmacniaczy pośredniej częstotliwości

Systemy i Sieci Radiowe

Źródło światła λ = 850 nm λ = 1300 nm. Miernik. mocy optycznej. Badany odcinek światłowodu MM lub SM

Pomiary parametrów telekomunikacyjnych światłowodów jednomodowych. Na poprzednim wykładzie przedstawiono podstawowe parametry światłowodów

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

6. Modulatory optyczne

Technika falo- i światłowodowa

MIKROFALOWEJ I OPTOFALOWEJ

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Metody Obliczeniowe Mikrooptyki i Fotoniki

Odbiorniki superheterodynowe

LASERY NA CIELE STAŁYM BERNARD ZIĘTEK

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

Detektor Fazowy. Marcin Polkowski 23 stycznia 2008

Wprowadzenie do optyki nieliniowej

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Nowoczesne sieci komputerowe

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2012/2013 Zadania dla grupy elektronicznej na zawody III stopnia

Laboratorium Fotoniki

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Ćwiczenie 1. Parametry statyczne diod LED

OPTYKA FALOWA I (FTP2009L) Ćwiczenie 2. Dyfrakcja światła na szczelinach.

1. Technika sprzęgaczy i ich zastosowanie

Wytwarzanie sygnałów SSB metodę filtracyjną

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

(1.1) gdzie: - f = f 2 f 1 - bezwzględna szerokość pasma, f śr = (f 2 + f 1 )/2 częstotliwość środkowa.

Przebieg sygnału w czasie Y(fL

Światłowodowe elementy polaryzacyjne

UKŁADY Z PĘTLĄ SPRZĘŻENIA FAZOWEGO (wkładki DA171A i DA171B) 1. OPIS TECHNICZNY UKŁADÓW BADANYCH

światłowód światłowód gradientowy n 2 <n 1 n 1

Światłowodowy kanał transmisyjny w paśmie podstawowym

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL BUP 17/10

LABORATORIUM Pomiar charakterystyki kątowej

Optotelekomunikacja. dr inż. Piotr Stępczak 1

Lekcja 20. Temat: Detektory.

14. Systemy radiowo-światłowodowe

Politechnika Warszawska

Bernard Ziętek OPTOELEKTRONIKA

Postawy sprzętowe budowania sieci światłowodowych

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2013/2014. Zadania z teleinformatyki na zawody III stopnia

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Światłowody

Optyka Fourierowska. Wykład 10 Optyka fourierowska w telekomunikacji optycznej

VII Wybrane zastosowania. Bernard Ziętek

Wstęp do astrofizyki I

Detekcja synchroniczna i PLL

Wysokowydajne falowodowe źródło skorelowanych par fotonów

Transkrypt:

Autokoherentny pomiar widma laserów półprzewodnikowych autorzy: Łukasz Długosz Jacek Konieczny

Systemy koherentne wstęp Systemy transmisji światłowodowej wykorzystujące podczas procesu transmisji światło koherentne oraz specyficzny sposób odbioru (detekcji) sygnału wychodzącego ze światłowodu Wykorzystanie modulacji amplitudowej (direct AM), fazowej (direct PM) i częstotliwościowej (direct FM) Detekcji w foto-odbiorniku podlega suma sygnału odbieranego i sygnału z lokalnego generatora laserowego Powstały sygnał elektryczny poddawany jest tradycyjnej obróbce

Zasada działania systemu koherentnego Schemat układu transmisji koherentnej z detekcją heterodynową

Zasada działania systemu koherentnego Detekcja koherentna z użyciem heterodyny: Widmo sygnałów optycznych 1 GHz Widmo sygnału po detekcji 200 THz f 1 GHz f Detekcja homodynowa częstotliwość lasera lokalnego równa jest częstotliwości lasera nadawczego oraz oba lasery są sfazowane

Opis analityczny Natężenie pola elektrycznego sygnału odbieranego i lasera lokalnego: gdzie: I = R P = R E 2, R prądowa czułość spektralna fotodiody I prąd fotodiody )] cos( 2 [ ) cos( 2 ) cos( 2 s l s l s l s l l l l l s s s s P P P P R I t P E t P E φ φ ω ω φ ω φ ω + + + = + = + =

Własności Możliwość dowolnego zwiększania członu sygnałowego P l (zwiększanie mocy szumu śrutowego od lasera lokalnego) Wielkość SNR jest mimo to o 10 do 25 db większa niż dla systemów niekoherentnych, zatem: Systemy koherentne są znacznie bardziej czułe niż systemy tradycyjne!!!

Własności - zalety Większy stosunek sygnału do szumu (SNR) -możliwość zwiększenia odcinków między regeneratorami sygnału przy zachowaniu niezmienionego poziomu mocy wejściowej: możliwość transmisji o przepływności rzędu Gbit/s na odległość ok. 200 km Dodatkowa poprawa czułości poprzez zastosowanie np. modulacji fazy Łatwość korekcji charakterystyki dyspersyjnej światłowodu na drodze elektrycznej. Duża poprawa selektywności odbioru - filtry optyczne nie są tak selektywne jak filtry elektryczne

Własności - polaryzacja Wymagana jest jednakowa polaryzacja fal : lasera lokalnego oraz niosącej sygnał użyteczny. Moc sygnału po stronie odbiorczej zależy od cos 2 φ Ze względu na zmiany wielkości sprzężenia miedzy modami ortogonalnymi stan polaryzacji sygnału w światłowodzie ulega przypadkowym wahaniom. Przyczyny: naprężenia wewnętrzne światłowodu, drgania mechaniczne, zmiany ciśnienia i temperatury.

Własności - polaryzacja Sposoby walki ze zmianą polaryzacji: Skramblowanie polaryzacji Użycie światłowodu utrzymującego polaryzację Kontrola polaryzacji lasera odbiorczego Odbiór rozproszony

Dopasowanie polaryzacji Skramblowanie polaryzacji Światłowody utrzymujące polaryzację Kontrola polaryzacji lasera odbiorczego Zalety Nadaje się do systemów rozsiewczych - prosta struktura nadajnika Nie wymaga specjalnych modyfikacji układów nadajnika i odbiornika Wykorzystanie wolnych zmian polaryzacji sygnału odbieranego Wady Złożona budowa nadajnika Ograniczenie transmisji szybkości Duże koszty i tłumienie Nie można stosować przy upgrade owaniu linii Zastosowanie kontrolerów polaryzacji (duża złożoność układu) Odbiór rozproszony (polarisation diversity) Sumowanie kwadratów sygnałów (strata 0,4dB w stosunku do przypadku idealnego) Komplikacja odbiornika układu

Własności stabilizacja laserów Konieczność stabilizacji linii widmowych laserów: Zmiany długości fali emitowanej przez laser są spowodowane wahaniami: prądu (0.01-0.1 nm/ma) temperatury (0.1-1 nm/k) Zależność o charakterze schodkowym - przeskakiwanie modów Sposoby stabilizowania długości fali laserów: zastosowanie układów sprzężenia zwrotnego z użyciem np. termistora jako czujnika temperatury i elementu Peltier jako regulatora (stabilizacja z dokładnością 0,01K)

Podsumowanie Kierunki rozwoju systemów telekomunikacji koherentnej: Linie światłowodowe o dużej przepływności i długich odcinkach międzyregeneratorowych Sieci lokalne LAN oraz systemy rozsiewcze (głównie FDM) Podstawowe problemy: Stabilizacja emisji wielu sygnałów optycznych w niewielkich odstępach częstotliwościowych Konstrukcja lasera jednomodowego o wąskim widmie i szerokim zakresie przestrajania Stworzenie układu scalonego umożliwiającego odbiór rozproszony (polaryzacyjny jak i fazowy)

Pomiary szerokości linii spektralnych laserów

Przy pomiarze szerokości linii spektralnych laserów półprzewodnikowych wykorzystuje się autokoherentną detekcję heterodynową.

Jeżeli pętla opóźniająca jest dłuższa od drogi koherencji badanego źródła to sumowane w drugim sprzęgaczu sygnały są statystycznie niezależne. Widmo generowanego w ten sposób prądu fotodetektora zawiera informacje na temat szerokości spektralnej badanego źródła. gdzie: τ c 4 ( Ω) FWHM = = 2( ω) laser τ c czas koherencji badanego źródła

Przesunięcie częstotliwości światła o kilkadziesiąt kilkaset MHz wraz z zastosowaniem detekcji koherentnej daje możliwość odseparowania się od dokuczliwych szumów niskoczęstotliwościowych i obrabiania sygnałów w zakresie radiowym.

Przykładowe widma:

Światłowodowy przesuwnik akustooptyczny

Zastosowanie przesuwnika ma na celu przeniesienie obserwowanego widma w obszar spektralny pozbawiony szumów amplitudowych. Przesunięcie odbywa się o częstotliwość pracy komórki akustooptycznej.

Budowa akustooptycznego modulatora światła (komórki Bragga)

Dla zajścia efektywnej dyfrakcji Bragga wymagana jest odpowiednio długa droga L fali świetlnej w strukturze siatki dyfrakcyjnej: L > n λ λ i 2 a gdzie: λ a λ i n długość fali akustycznej w ośrodku akustooptycznym długość fali świetlnej w próżni współczynnik załamania ośrodka akustooptycznego.

Gdy spełniony jest warunek na długość drogi L, wówczas mamy do czynienia z dyfrakcją Bragga, w efekcie której powstaje pojedyncza fala ugięta rzędu +1 lub 1, dla kąta padania fali świetlnej równego kątowi Bragga i określonego wzorem jako: ±1 Θ λ i = B 2 λ a Natężenie fali Bragga rzędu pierwszego wyraża się wzorem: gdzie: h I i M 2 Pa π n i 2 I = 1 I isin λ M wysokość przetwornika akustooptycznego natężenie fali padającej współczynnik jakości ośrodka akustooptycznego 2h moc fali akustycznej w ośrodku czynnym. 2 L P a

Światłowodowy przesuwnik częstotliwości zbudowany w oparciu o modulator Bragga wykorzystuje fakt, że częstotliwość +1 rzędu dyfrakcyjnego przesunięta jest o częstotliwość bieżącej fali akustycznej ośrodka czynnego.

Przedstawione zasady autokoherentnej detekcji heterodynowej jak i budowa układu pomiarowego posłużą przyszłym pracom w laboratorium.

Bibliografia Optical fiber communications John M. Senior Wstęp do współczesnej telekomunikacje światłowodowej Jerzy Siuzdak