Untersuchung und Aufbau praseodymdotierter optischer Faserverstärker:
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Düsseldorf
VDI Verl.
1997
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| adam_text | Titel: Untersuchung und Aufbau praseodymdotierter optischer Faserverstärker
Autor: Wannenmacher, Stefan
Jahr: 1997
SCHRITT-m n^| BERICHTElfljl Dipl.-Ing. Stefan Wannenmacher, Ostelheim Untersuchung und Aufbau praseodymdotierter optischer Faserverstärker Reihe 10 : Informatik/ Kommunikationstechni k Nr. 466
V Inhalt Formelzeichen und Abkürzungen .......................................................................VIII 1 Einführung............................................................................................................1 2 Beschreibung des PDFA......................................................................................4 2.1 Änderung der Besetzungsdichten des laseraktiven Stoffes .....................8 2.1.1 Stimulierter strahlender und Strahlung absorbierender Übergang......................................................................................9 2.1.2 Spontane strahlende Emission...................................................11 2.1.3 Spontaner nichtstrahlender Übergang........................................ 11 2.1.4 Paarbildung................................................................................. 13 2.2 Änderung der Lichtleistungen in der dotierten Faser..............................15 2.2.1 Stimulierte Emission und Absorption.......................................... 15 2.2.2 Spontane strahlende Emission................................................... 16 2.2.3 Fasergrunddämpfung.................................................................. 18 2.2.4 Änderung der Lichtleistungen.....................................................18 2.2.5 Intensitätsverteilung, Feldradius und Überlappungsintegral....... 19 2.3 Energieniveauschema von Praseodym ..................................................23 2.4 Simulationsgleichungen des PDFA ........................................................27 2.5 Das Simulationssystem ..........................................................................32 2.6 Das Experimentalsystem ........................................................................36 3 Stationäre Eigenschaften des PDFA .................................................................41 3.1 Die Simulationsparameter
......................................................................41 3.1.1 Faserdaten..................................................................................41 3.1.2 Lebensdauern und Aufwärtsmischung........................................41 3.1.3 Wirkungsquerschnitte.................................................................42 3.2 Meßaufbau .............................................................................................43 3.3 Messungen und Simulationsergebnisse.................................................44 3.3.1 Absorption aus dem Grundzustand............................................45 3.3.2 Signalverstärkung.......................................................................46 3.3.3 ASE-Spektrum, Strahlausbreitung und Besetzungsdichten........51
VI 3.4 Optimierung des Verstärkers..................................................................54 3.4.1 Optimale Länge der dotierten Faser...........................................54 3.4.2 Unterschiedliche Verstärkerkonfigurationen...............................56 3.4.3 Eine neue Verstärkerkonfiguration..............................................62 3.4.4 Neue Glaszusammensetzungen.................................................63 4 Dynamische Eigenschaften des PDFA ..............................................................66 4.1 Erste Abschätzung .................................................................................66 4.2 Messung und Simulation ........................................................................69 4.3 Verstärkungsmodulation in WDM-Systemen ..........................................70 4.4 Verstärkungsmodulation bei analoger Übertragung ...............................73 5 Nichtlineare Verzerrungen durch den PDFA......................................................77 5.1 Vereinfachtes Modell ..............................................................................77 5.2 Reduzierung der nichtlinearen Verzerrungen durch den PDFA .............83 5.3 Nichtlineare Verzerrungen durch FM-AM-Konversion aufgrund von Reflexionen .....................................................................................86 6 Rauschen des PDFA .........................................................................................91 6.1 Kohärente Signalverstärkung .................................................................93 6.1.1 Ein Eingangsphoton....................................................................93 6.1.2 Kohärentes Eingangssignal........................................................98 6.2 Verstärkte spontane Emission (ASE) ...................................................103 6.3 Rauschstatistik des PDFA
....................................................................105 6.4 Kaskadierung von Verstärkern .............................................................107 6.5 Rauschstatistik der Photoelektronen ....................................................112 6.6 Eine Näherung: Kontinuierlicher Photostrom .......................................114 6.7 Eine weitere Näherung: Gaußförmiges Verstärkerrauschen ................119 6.8 Schrittfehlerwahrscheinlichkeit digitaler Übertragungssysteme mit der exakten Statistik und den beiden Näherungen ........................122 7 Anwendungen des PDFA.................................................................................126 7.1 Beschreibung der Systemkomponenten ...............................................126 7.2 Kaskadierung von PDFAs ....................................................................128 7.3 Maximal überbrückbare Entfernung ohne Zwischenverstärker ............131 7.4 Empfindlichkeit eines Empfängers mit Empfangsverstärker ................134
VII 8 Zusammenfassung ..........................................................................................136 9 Anhang.............................................................................................................141 9.1 Lineare Differentialgleichung 1. Ordnung .............................................141 9.2 Quasistationäre Obertragungsfunktion .................................................142 9.3 Differentialgleichung der erzeugenden Funktion der Photonenverteilung am Verstärkerausgang bei einem Eingangsphoton .............148 9.4 Quantengrenze der Rauschzahl...........................................................149 9.5 Charakteristische Funktion des Empfängersignals ..............................149 Literaturverzeichnis.............................................................................................154
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