Transcript booster - wdm-vibrometry.pl

Światłowodowy wzmacniacz erbowoiterbowy 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
kolimator
generator
analizator
widma RF
obiekt
drgający
dioda
PIN
EDFA
modulator
Bragga
układ
demodulacji
sprzęgacz 2
50:50
sprzęgacz 1
50:50
laser
1531nm
zasilanie
lasera
Wrocław 11.06.2010
Idea optycznego wzmacniania sygnałów wibrometrycznych
kolimator
obiekt
drgający
generator
modulator
Bragga
analizator
widma RF
sprzęgacz
99:1
laser
1531 nm
EDFA
dioda
PIN
układ
demodulacji
Wrocław 11.06.2010
Przedwzmacniacz czy Booster?
Przedwzmacniacz:
Booster:
+ prosta budowa
+ prosta budowa
+ opanowana technika
+ możliwość uzyskiwania dużych mocy
wiązek nadawczych
+ duże wzmocnienia
- niewielka poprawa S/N w stosunku
do wzmacniania elektrycznego
- duże problemy z odbiciami w torze
światłowodowym
+ 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 mocy
Wzmacniacz 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
pompa
Światłowód jednomodowy z podwójnym płaszczem
sygnał
Wrocław 11.06.2010
Duża moc = Double Clad
Odpowiedni kształt pierwszego płaszcza
Aby maksymalizować moc pompującą możliwą do wprowadzenia
do pierwszego płaszcza mamy dwie możliwości:
-Zwiększenie średnicy pierwszego płaszcza
-Zwiększenie apertury numerycznej pierwszego płaszczaświatłowody z drugim płaszczem polimerowym
Wrocław 11.06.2010
Pompowanie światłowodowe
pompa
sygnał
Całkowita eliminacja justowania
Odporność na czynniki zewnętrzne
Kompatybilność z pozostałą częścią wzmacniacza/lasera
Ograniczenia na maksymalną moc pompującą
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
Wejście
Sprzęgacz
6+1/1
Wyjście
Sprzęgacz wielomodowy:
Wejścia:
6x 105um NA=0,22
1x SMF 28
Wyjście:
SMF 28 w pokryciu z polimeru o niskim
współczynniku załamania
Maksymalna moc transmitowana 70W
Wrocław 11.06.2010
Budowa boostera – Pompy optyczne
Diody
pompujące
Światłowód EYDF
Wejście
Sprzęgacz
6+1/1
Wyjście
Pompy optyczne
10W z jednego emitera
Światłowód wyjściowy 105um, NA 0,22
Diody
pompujące
Długości fali:
915nm, 940nm, 975nm
Wrocław 11.06.2010
Budowa Boostera
Dioda
pompująca
Światłowód EYDF
Wejście
Sprzęgacz
6+1/1
Absorber
Wyjście
Spawy
Wrocław 11.06.2010
Charakterystyki spektralne
Źródło
przestrajalne
EYDFA
Sprzęgacz
99/1%
Demultiplekser Wyjście
99%
1%
Izolator
Laser pompujący
λ = 975 nm
Wrocław 11.06.2010
Pomiary wzmocnienia sygnałów WDM
Źródło WDM
EYDFA
Multiplekser
Sprzęgacz
99/1%
Demultiplekser Wyjście
99%
1%
Izolator
Laser pompujący
λ = 975 nm
Analizator widma
optycznego
Wrocław 11.06.2010
Wrocław 11.06.2010
Wrocław 11.06.2010
Charakterystyka mocy wyjściowej
Moc wyjściowa wzmacniacza
1,8
1,6
Moc wyjściowa [W]
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Moc pompująca [W]
Wrocław 11.06.2010
Opracowany układ
Źródło WDM
Włókno
Double-Clad
Er3+/Yb3+
Multiplekser
Laser pompujący
λ = 975 nm
Demultiplekser
Izolator
Absorber
Combiner
Sprzęgacz
99/1%
Wyjście
99%
1%
Izolator
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
Wrocław 11.06.2010