Lézerek

Széchenyi István University

Győr

Hungary

LézerekLézerek

Nagy SzilviaNagy Szilvia

22Interaktív KTV 2008Interaktív KTV 2008

TartalomTartalom

működésműködéstulajdonságokktulajdonságokk

alkalmazásalkalmazás

atomi energiaszintekatomi energiaszintek

populációinverziópopulációinverzió

energiasávok szilárdtestekbenenergiasávok szilárdtestekben

félvezető heteroátmenetek félvezető heteroátmenetek

kvantum well lézerekkvantum well lézerek

VCSEL-ekVCSEL-ek


A lézerek tulajdonságaiA lézerek tulajdonságai

MonoMonokkromatiromatikuskus fényfény – – kis sávszélességkis sávszélesség

KisKis divergenc divergenciaia – – keskeny, irányított keskeny, irányított nyalábnyaláb

KKoherenoherenss nyalábnyaláb – – a fotonok közel azonos a fotonok közel azonos fázisúakfázisúak

Többnyire nem túl nagy teljesítményTöbbnyire nem túl nagy teljesítmény

nagy teljesítménysűrűségnagy teljesítménysűrűség

nem nagyon hatékony energiaátalakításnem nagyon hatékony energiaátalakítás


FelhasználásFelhasználás

Anyagfeldolgozás – vágás, fúrás, Anyagfeldolgozás – vágás, fúrás, hőkezelés, olvasztás, …hőkezelés, olvasztás, …

Optikai jelek olvasása – CD, vonalkód, …Optikai jelek olvasása – CD, vonalkód, …

Grafika – nyomtatók, színelválasztók, Grafika – nyomtatók, színelválasztók, nyomtatási lemezek, sablonok, …nyomtatási lemezek, sablonok, …

Laboratórium, mérésekLaboratórium, mérések

Orvoslás – vérzés nélküli szike, tumor Orvoslás – vérzés nélküli szike, tumor roncsolás, …roncsolás, …

Katonai – célzók, keresők, …Katonai – célzók, keresők, …

HírközlésHírközlés


a fény optikai teljesítménye visszaverődés előtt: Pvisszaverődés után: (1−1)P

A lézerek működéseA lézerek működése

Mi kell a lézerek működéséhezMi kell a lézerek működéséhez

Lézer erősítőLézer erősítő – – optikai erősítésoptikai erősítés

Optikai rezonátor – pozitív visszacsatolásOptikai rezonátor – pozitív visszacsatolás

reflexió


új fotonok keletkeznek visszaverődé

soptikai erősítés: P g∙ℓ∙P






(1−2)P

2∙P






ℓ

P


Teljesítmény egy körbenTeljesítmény egy körben


ZajforrásokZajforrások

RIN (Relative Intensity Noise)RIN (Relative Intensity Noise) random amplitúdófluktuációrandom amplitúdófluktuáció zajteljesítmény 1MHz-es sávban/össztelj.zajteljesítmény 1MHz-es sávban/össztelj. -160dB/Hz, amin a visszavert hullámok -160dB/Hz, amin a visszavert hullámok

sokat rontanak: izolátoroksokat rontanak: izolátorok

Chirp – mellékhullám moduláció:Chirp – mellékhullám moduláció: kicsi frekvenciamoduláció - ciripeléskicsi frekvenciamoduláció - ciripelés nagyobb CSOnagyobb CSO

hőmérsékletváltozáshőmérsékletváltozás eltolódó karakterisztikaeltolódó karakterisztika


Atomi energiaszintekAtomi energiaszintek

AA

Schrödinger-egyenlet megoldása szerintSchrödinger-egyenlet megoldása szerint kvantált sajátenergiákkvantált sajátenergiák hozzájuk rendelhető hullámfüggvényekhozzájuk rendelhető hullámfüggvények

EH

E

alapállapot

1. gerjesztett állapot

2. gerjesztett állapot


Ha egy Ha egy

energiájú foton kölcsönhat egy atommal, energiájú foton kölcsönhat egy atommal, egy elektron az egy elektron az EEmm szintről azszintről az EEnn

energiaszintre gerjesztődhet:energiaszintre gerjesztődhet:

mn EEh

E

nE

mE

efoton

foton abszorpció – relatív gyakoriság:

hffB

r

nmmn

mn

1



Egy gerjesztett elektron azEgy gerjesztett elektron az EEmm szintről az szintről az alacsonyabbalacsonyabb EEnn szintre tud relaxálódni, szintre tud relaxálódni, miközben egy fotont bocsát ki, melynek miközben egy fotont bocsát ki, melynek energiája:energiája:

mn EEh E

nE

mE

efoton – random irány

spontán emisszió – relatív gyakoriság:

spontán élettartam

mnnmnm ffAr 1



Ha egyHa egy

energiájú foton egy olyan atommal hat energiájú foton egy olyan atommal hat kölcsön, melynek egy gerjesztett elektronja kölcsön, melynek egy gerjesztett elektronja van azvan az EEnn szinten, a foton az elektront az szinten, a foton az elektront az EEnn szintre való lépésre késztethetiszintre való lépésre késztetheti

mn EEh

E

nE

mE

foton

indukált emisszió

2 foton – azonos irány, azonos fázis

hffBr nmmnmn 1stim



Az indukált emisszió sokkal a spontán Az indukált emisszió sokkal a spontán élettartam vége előtt létrejöhetélettartam vége előtt létrejöhet..

indukált emisszióindukált emisszió::

egy foton beegy foton be két foton kikét foton ki

Az Az optikaioptikai erősítőerősítő megvalósítható olyan megvalósítható olyan atomok halmazaként, melyeknek sok atomok halmazaként, melyeknek sok elektronja van ugyanabba a hosszú spontán elektronja van ugyanabba a hosszú spontán élettartamú állapotba gerjesztve. élettartamú állapotba gerjesztve.



LLight ight AAmplification by mplification by SStimulated timulated EEmission of mission of RRadiationadiation

A rezonátor többnyire sokkal hosszabb a fény A rezonátor többnyire sokkal hosszabb a fény hullámhosszánál (több lehetséges módus)hullámhosszánál (több lehetséges módus)..

E

Upper Laser Level

Lower Laser Level



Egyensúlyban a relatív gyakoriságokra igaz:Egyensúlyban a relatív gyakoriságokra igaz:

Így aÍgy a hhenergiájú fotonok sűrűségeenergiájú fotonok sűrűsége

stimnmnmmn rrr

nm

mn

nmmn

nm

Bffff

B

Ah

11

relatív betöltési valószínűség



PopulációinverzióPopulációinverzió

Termodinamikai egyensúlyban az állapotok Termodinamikai egyensúlyban az állapotok betöltöttsége a Boltzmann-tv szerinti:betöltöttsége a Boltzmann-tv szerinti:

TkE

iB

i

eNN

0

TkEE

B

mn exp

a relatív betöltöttség

nmTk

EEmn

nm

BBA

hB

mn exp

így


A fotonsűrűséget a fekete test sugárzás A fotonsűrűséget a fekete test sugárzás eredményeivel összehasonlítva:eredményeivel összehasonlítva:

nmmn BB

1 exp

4

2

3

Tkh

c

hh

B

nm

B

mnmn

nm

BTkEE

B

Ah

exp 2

34ch

BA

nm

nm



TkE

iB

i

eNN

0

iE

iNmE

nE

Ha Bmn=Bnm, , egyensúlyban az egyensúlyban az abszorpció relatív abszorpció relatív gyakorisága sokkal gyakorisága sokkal nagyobb, mint az nagyobb, mint az indukált emisszióéindukált emisszióé

Termodinamikai egyensúlyban az állapotok Termodinamikai egyensúlyban az állapotok betöltöttsége a Boltzmann-tv szerinti:betöltöttsége a Boltzmann-tv szerinti:



valahogy a felső lézer szinten (ULL) lévő valahogy a felső lézer szinten (ULL) lévő elektronok számát meg kell növelnielektronok számát meg kell növelni

populációinverziópopulációinverzió jön létre jön létre

iE

iNmE

nE

A részecskék nem termodinamikai egyensúlyban vannak



A populációinverzió létrehozásaA populációinverzió létrehozása

az elektronokat egy rövid spontán az elektronokat egy rövid spontán élettartamú energiaszintre élettartamú energiaszintre gerjesztjük:gerjesztjük: pumppumpálásálás

aa pump pumpálási szintről (álási szintről (ppumpingumping llevelevel)) az elektronok a felső lézer az elektronok a felső lézer szinre (szinre (uupper pper llaser aser llevel) evel) relaxálódnak, melynek nagy a relaxálódnak, melynek nagy a spontán élettartamaspontán élettartama

a felső lézer szinten elektronok a felső lézer szinten elektronok halmozódnak felhalmozódnak fel

E

ULL

LLL

PL

GS



Háromszintű lézerHáromszintű lézer Négyszintű lézer Négyszintű lézer

EE

upper laser level

lower laser level =

pumping level

ground state

upper laser level

lower laser level

pumping level

ground state

rövid spontán élettartam



Populációinverzió létrehozásának módjai Populációinverzió létrehozásának módjai

speciális szűrőkspeciális szűrők

elektromos pumpáláselektromos pumpálás direkt elektromos kisülésdirekt elektromos kisülés

rádiófrekvenciás térrádiófrekvenciás tér

elektronsugárelektronsugár

p-n heterostruktúrap-n heterostruktúra

optikai pumpálásoptikai pumpálás

kémiai pumpáláskémiai pumpálás

nukleáris pumpálásnukleáris pumpálás



Energiasávok Energiasávok szilárdtestekbenszilárdtestekben

Szilárdtestekben az atomi nívók Szilárdtestekben az atomi nívók kiszélesednekkiszélesednek energ energiasávok jönnek létreiasávok jönnek létre

vibrvibrációkációk ( (és rotációkés rotációk) ) a kristálybana kristályban az energiaszintek momentumfüggéseaz energiaszintek momentumfüggése degenerált állapotok felhasadásadegenerált állapotok felhasadása, …, …

E

valenciasáv (valance band)

vezetési sáv (conduction band)

tiltott sáv (gap) – nincsenek elektronok


A Fermi-szint a legmagasabb olyan A Fermi-szint a legmagasabb olyan energiaszint, amely betöltöttenergiaszint, amely betöltött::

a a FermiFermi-szint a vezetési sávban-szint a vezetési sávban fémfém

a a FermiFermi-szint a -szint a gapgapbenben szigetelő szigetelő

E E

FE

FE

fém szigetelő (félvezető)



Nem 0 hőmérsékleten a Fermi-szint nem Nem 0 hőmérsékleten a Fermi-szint nem szigorú: a betöltési valószínűség Fermi-Dirac szigorú: a betöltési valószínűség Fermi-Dirac statisztikát követstatisztikát követ

E E

FE FE

T = 0 K

T > 0 K

f(E)

TkB

TkEE

B

fEf

exp1

1

f(E)



Így ha egy szigetelő tiltott sávjaÍgy ha egy szigetelő tiltott sávja

nagyobb mennyiségű elektron lehet jelen a nagyobb mennyiségű elektron lehet jelen a vezetési sávnbanvezetési sávnban::

E

,roomTkB

E

FE roomTkB

vezetési sáv

vezetési sáv

gap

félvezető szigetelő



Egy kristályban az energiaszintek függenek Egy kristályban az energiaszintek függenek aa k k hullámszámtól hullámszámtól ((kvázikvázimomentum):momentum):

E

v.b

c.b

indirektgap

k

E

v.b

c.b

direkt gap

kmomentum megmaradás nincs foton kibocsátás

nem kell momentumot vinni foton emisszió lehet



Heterojunctions in Heterojunctions in semiconductorssemiconductors

töltéshordozók vihetők a félvezetőkbe töltéshordozók vihetők a félvezetőkbe adalékolássaladalékolással ( (dopingdoping)): :

V főcsoport atomjai: elektronok V főcsoport atomjai: elektronok n-típusn-típus

III főcsoport atomjai: lyukak III főcsoport atomjai: lyukak p-típusp-típus

vezetési sáv

vegyértéksáv

E

FEp-

típus

E

FE

n-típus

lokalizál akceptor/donor nívók



Ha egy n típusú és egy p típusú réteg Ha egy n típusú és egy p típusú réteg kontaktusba kerülkontaktusba kerül, ,

az érintkezés közelében a pozitív és az érintkezés közelében a pozitív és negatív töltéshordozók negatív töltéshordozók rekombinálódhatnakrekombinálódhatnak

fotonok keletkezhetnekfotonok keletkezhetnek

potenciálgát alakul kipotenciálgát alakul ki

átUe g

nincs rekombináció

FE

x



Ha egy n típusú és egy p típusú réteg Ha egy n típusú és egy p típusú réteg kontaktusba kerülkontaktusba kerül,,

A rekombinációmegáll, hacsak nem A rekombinációmegáll, hacsak nem alkalmazunk külső feszültséget: LEDalkalmazunk külső feszültséget: LED

külsőUeFpE

FnE

x

rekombináció lehetséges: aktív régió



az egyszerű heteroátmeneteknek vannak az egyszerű heteroátmeneteknek vannak hátrányai:hátrányai:

a rel. nagy térbeli kiterjedés miatt nagy a rel. nagy térbeli kiterjedés miatt nagy áramok kellenek a populációinverzió áramok kellenek a populációinverzió fenntartásáhozfenntartásához

nagy hő termelődik, akár az eszközt is nagy hő termelődik, akár az eszközt is tönkretehetitönkreteheti

MegoldásMegoldás: : szorítsuk be a nagy áramú részt kicsi szorítsuk be a nagy áramú részt kicsi helyrehelyre dupladupla hetero heteroátmenetátmenet



1

aktív réteg

A kettős heteroátmenet a populációinverziót kis A kettős heteroátmenet a populációinverziót kis térbeli tartományba korlátozza, két különböző térbeli tartományba korlátozza, két különböző tiltott sávval (tiltott sávval (11 ésés 22) rendelkező félvezető ) rendelkező félvezető alkalmazásával:alkalmazásával:

22

x



1n

aktív rétegn

A dupla heteroátmenet félvezetői nemcsak a A dupla heteroátmenet félvezetői nemcsak a 11, , 22 tiltott sávjukban, hanem az tiltott sávjukban, hanem az nn11 ésés nn22 törésmutatójukban is különböznek:törésmutatójukban is különböznek:

2n

x

a lézersugár is lokalizált x irányban



A dupla heteroátmenet mind a A dupla heteroátmenet mind a populációinverziót, mind pedig a populációinverziót, mind pedig a lézernyalábot lokalizáljalézernyalábot lokalizálja kevesebb hő kevesebb hő

szubsztrátszubsztrát, , p típusp típus

pp ttípusípus, , 22

nn típus típus, , 22

szubsztrátszubsztrát (n(n típus típus//adalékolatlanadalékolatlan))

elektródaelektróda

elektródaelektróda

x

aktív rétegaktív réteg, , 11



Azért, hogy ne keletkezzenek mechanikai Azért, hogy ne keletkezzenek mechanikai feszültségek a kristályban, a rétegeknek feszültségek a kristályban, a rétegeknek hasonló rácsállandóval kell rendelkezniükhasonló rácsállandóval kell rendelkezniük..

x

p-GaAs, p-InGaAsP,…

p-Ga0,7Al0,3As, p-InP,…Ga0,95Al0,05As, InGaAsP,…n-Ga0,7Al0,3As, n-InP,…n-GaAs, n-InP,…

példákpéldák



A vékony rétegeknek igen pontos A vékony rétegeknek igen pontos vastagsággal kell rendelkeznie, pontos vastagsággal kell rendelkeznie, pontos növesztési eljárások szükségeseknövesztési eljárások szükségesek::

fémorganikus kémiai párologtatás (fémorganikus kémiai párologtatás (metal-metal-organic chemical vapor depositionorganic chemical vapor deposition))

molekulasugaras epitaxia (molekulasugaras epitaxia (molecular molecular beam epitaxybeam epitaxy))


A tükröket a rétegekre merőlegesen A tükröket a rétegekre merőlegesen alakítják kialakítják ki a fény a rétegekkel a fény a rétegekkel párhuzamosan terjedpárhuzamosan terjed


x

fénfényy

Ám az optikai Ám az optikai tulajdonságai tulajdonságai ezeknek a ezeknek a felületeknek nem felületeknek nem kontrollálhatókontrollálható

Megoldás:Megoldás:Bragg-refraktorokBragg-refraktorok

A csíkok hasítás utáni A csíkok hasítás utáni felülete többnyire felülete többnyire eléggé visszaverőeléggé visszaverő..



A populációinverzió a másik irányban is A populációinverzió a másik irányban is lokalirálhatólokalirálható::

elektródaelektródaa csíkszerű a csíkszerű elektróda elektróda megszorítja az áram megszorítja az áram folyásának helyétfolyásának helyét

x

a populációinverzió a populációinverzió csak kis sávban jön csak kis sávban jön létrelétre



Speciális geometriával a lézernyaláb és a Speciális geometriával a lézernyaláb és a populációinverzió is megszoríthatópopulációinverzió is megszorítható

x

az n-p átmenetek az n-p átmenetek nem engednek nem engednek áramot erreáramot erre

n típusn típusnn típus típus

p típusp típusp típusp típus

törésmutatótörésmutató nn<<nn11 A magasabb A magasabb törésmutatójú rész törésmutatójú rész hullámvezetőhullámvezető



x

elliptikus elliptikus sugársugár

minél vékonyabb a minél vékonyabb a réteg annál kevesebb réteg annál kevesebb módus tud terjednimódus tud terjedni

minél keskenyebb a minél keskenyebb a réteg, annál kevesebb réteg, annál kevesebb áram szükséges a áram szükséges a megfelelő populáció-megfelelő populáció-inverzióhozinverzióhoz

Speciális geometriával a lézernyaláb és a Speciális geometriával a lézernyaláb és a populációinverzió is megszoríthatópopulációinverzió is megszorítható



For proper optical confinement single For proper optical confinement single waveguide mode is neededwaveguide mode is needed the the higher order modes have to be cut off.higher order modes have to be cut off.This requires thicknessThis requires thickness

222 cg nnd

or less. For or less. For = the1.3 = the1.3 m, m, dd<0.56 <0.56 m.m.

((nngg and and nncc are reflective indices of are reflective indices of wavewavegguide and the uide and the ccladding)ladding)



If the waveguide is too thin, the light spreads out of If the waveguide is too thin, the light spreads out of itit the loss increases.the loss increases.

For confining the population inversion thinner For confining the population inversion thinner layers would be needed.layers would be needed.

Solution: the waveguide and the active layer are Solution: the waveguide and the active layer are not the same – not the same – SSeparate eparate CConfinement onfinement HHeterostructure (SCH)eterostructure (SCH)

active layeractive layer

waveguidewaveguide



If the waveguide is too thin, the light spreads out If the waveguide is too thin, the light spreads out of itof it the loss increases.the loss increases.

For confining the population inversion thinner For confining the population inversion thinner layers would be needed.layers would be needed.

Solution: the waveguide and the active layer are Solution: the waveguide and the active layer are not the same – not the same – GRGRaded aded ININdex SCH (GRINSCH)dex SCH (GRINSCH)

active layeractive layer

waveguidewaveguide


Quantum well lasersQuantum well lasers

If the active region is thin enough, If the active region is thin enough, 10 nm10 nm

only few layers of atoms in the active only few layers of atoms in the active regionregion

quantum wellquantum well is formed is formed

The solution of the Schrödinger equation of The solution of the Schrödinger equation of quantum wells:quantum wells:

I.I. electron in a potential well in the electron in a potential well in the xx directiondirection

II.II. free electron gas solution in the free electron gas solution in the yzyz plane plane

m

kkE zy

2

222

k



The solution of the 1D potential well The solution of the 1D potential well problem:problem:

xV

x2/w2/w

x2 x1 x3



The solution of the 1D potential well problem:The solution of the 1D potential well problem:

the Schrthe Schröödinger equationdinger equation

2

2

2w

2

2

2

2

33032

2

222

2

11012

2

wxxExVx

xm

xw

xExxm

wxxExVx

xm



the boundary conditions:the boundary conditions:

xV

x2/w2/w

22

22

21

21

wx

wx

ww

22

22

32

32

wx

wx

ww



The solution of the differential equation The solution of the differential equation system:system:

xkbxkax cossin 222

xAx exp11

xAx exp33

EVm 02

mE

k2

withwith

andand


Optikai adók spektrumképeiOptikai adók spektrumképei

1270 1300 1330 1308 1310 1312 1310

0.1nm2nm

60nm

LED sp e ktrum Fa b ry-Pe ro t lé ze r DFB lé ze r

sp o ntá n e m isszió stim ulá lt e m isszió stim ulá lt e m isszió


Korszerű DFB lézeradó 1310 nm-reKorszerű DFB lézeradó 1310 nm-re

RFINPUT

PILOTOSC

10 ,7 MHz

ATTENRF

AM P

CSO PREDISTORTION

CTB PREDISTORTION

TEMPERATURE

RFPO WER

DET

M IC RO PRO C ESSO R / C O N TRO LLER

DFBLASER

O PTIC ALO UTPUT

KO RSZERÛ DFB LÉZERADÓ FELÉPÍTÉSE


Korszerű EMS lézeradó 1550 nm-reKorszerű EMS lézeradó 1550 nm-re

Microprocessor / Controller

10 ,7 MHz 39 MHz

Pi lot Pi lot RFPOWER

DET

dBRF

INPUTLiNbO 3MOD

LASER1550 nm

KO RSZERÛKÜLSÕ M O DULÁC IÓ S 1550 NM -ES LÉZERADÓ FELÉPÍTÉSE

OPTICALOUTPUTS

PREDISTORTIONLINEARIZER


Nd:YAG EMS lézeradó 1319nm-reNd:YAG EMS lézeradó 1319nm-re

OPTICALPOWER

ADJ

N d :YAGLa se r

LiNb O 3M o d ula to r

Optical SplitterOPTICALOUTPUT

OPTICALOUTPUT

MonitorReceiver

OpticalMonitor

Intermod Contr

BiasDrive

RFDrive

Predistortion LinearizerdBRF

INPUT

dBPi lot

10 , 7 M H z

Pilot

39,875 MHz

Microprocessor / Controller

YAG -LÉZERADÓ FELÉPÍTÉSE


EMAT lézeradó 1550 nm-reEMAT lézeradó 1550 nm-re

RFINPUT

Laser1550 nm

LinearizedModulator

Microprocessor / Controller DET

OpticalOutputEDFA

ERBIUM-DOPEDFIBRE AMPLIFIER

EDFA-VAL BUFFERELTKO RSZERÛ 1550 NM -ES LÉZERADÓ


Az EDFA és működéseAz EDFA és működése

G e rjlé ze r WDM IZO L

TEC ELÕ F

Er Er3+ 3+

G FF WDM IZO LG e rjlé ze r

IZO L TEC

DETO PTIKAI

BEM ENETO PTIKAIKIM ENET

ELÕ F

BEÉRKEZÕ FO TO N1550nm

P UM P-FO TO N980nm

Erb iumio n

G e rje szte tte le ktro n

M e ta sta b ile le ktro n

10m s

to vá b b i fo to n

fo to n

Fo to no k1550nm

BIZTO N SÁG IVÉDÕ ÁRAM KÖ R


Az EDFA zajaAz EDFA zajaC NR[d B]

6 4

6 2

6 0

5 8

5 6

5 4

5 2

5 0

4 8

-6 -4 -2 0 2 4 6BEM EN ETI O PTIKA I SZIN T [d Bm ]

AZ ED FA ZAJ SZÁM A N F [d B]

3 ,0

4 ,0

6 ,059 d B C N R3,5 d B

N F

3,0 d Bm


HI-Power EDFAHI-Power EDFA

Inp ut

WDMC o up le r

980nmPum pM o d ul

Erb iumDo p e d

Fib e r

Iso la to r

C o up le rs

WDMC o up le r

WDMC o up le r

Sp litte r

Iso la to rO utp ut

DC F

Disp e rsio nC o m p e nsa ting

Fib e r

Erb iumDo p e d

Fib e r

Erb iumDo p e d

Fib e r

1480nmPum pM o d ul

1480nm Pum p M o d ule sHI-O UTPUT TRI-STAG E EDFA (26 d Bm )


Optical Loss Budget Optical Loss Budget OLBOLB

46

48

50

52

54

56

58

C NR[d B]

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

O LB[d B]

TLT8612 (-2 d Bm , C SO :60 d B, C TB: 65 d B, 42C H, 10 km Fib e r + O p tic a l Atte n)


Optikai hálózati struktúrákOptikai hálózati struktúrák

HEHE

HE

HEHE

HE

O P T IK A I G Y Û R Û + C S IL L A G

O P T IK A I G Y Û R Û + G Y Û R Û

O P T IK A I S Z Á L A Z E L L Á T Á S I K Ö R Z E T IG

TA R TA L É K S Z Á L L A L Z Á RTO P T IK A I G Y Û R Û

H O S S Z Ú L Á N C+ C S IL L A G

L O G IK A I G Y Û R ÛF IZ IK A I C S IL L A G


Tipikus optikai elosztóhálózatTipikus optikai elosztóhálózat

D ATA & VIDEO

TRA NSC EIVER

"A" O PTIC A L

TRUN K

"B" O PTIC A L

TRUN K

REDUN D AN T

TRUN K

HLR 3 80 0 RM

HLE

DIREC TIO N A L

C O UPLER

HPA 4 8 0 9- 4

BRO A D BA N D

PREA M PLIF IER

VID EO

M O D ULATO R

VID EO

M O D ULATO R

DF B

PWL 4 81 3

EM T

HLT 78 0 3EDFA

HO A 7 0 1 7

D AISYC HA IN

O PTIC AL RETURN VID EO FRO M STUD IO

RETURN O PTIC A L

DATA PATH

N ETW O RK M A N A G EM EN T

TO LO N G HA UL APPLIC ATIO N

m a x 1 km

m a x 3 km

m a x 3 km

m a x 6 km

m a x 1 km

m a x 3 km

m a x 3 km

m a x 6 km

m a x 2 km

m a x 2 km

m a x 2 km

m a x 2 km

ko a xia l p a th

ko a xia l p a th

m a x 2 km

m a x 2 km

m a x 2 km

m a x 2 km


A hibrid vonalhálózat felépítéseA hibrid vonalhálózat felépítése

SUPER-C ELL STANDARD-C ELL

M INI-C ELL

M IC RO -C ELL

Az e lõ fize tõ k szá m aninc s ko rlá to zva

FIBER BAC KBO NEFIBER TO THE SERVING AREA

2000 e lõ fize tõ ig

500 e lõ fize tõ ig

100 e lõ fize tõ ig 50 e lõ fize tõ igPIC O -C ELL


Optikai elosztóhálózat tervezéseOptikai elosztóhálózat tervezése

E

O

O

E

O

O

O

E

E

E

2k m

4k m

6k m

8k m

20k m

2 km

2 km

2 km0,45d B /km

13 ,0 d B m

C T B = 69d BC S O = 64d B

K öv etelm én y :C N R m in .4 9d BC T B m in .6 5d BC S O m in .6 2d B

C N R = 49 d B -1dB + 2 dB (18d B O L B m e llett)ah o l 1 d B az N T S C /PA L átv áltá sbó l, 2 d B az op tika i a b lak bó l adó d ik

A fen tie kbõ l 19 d B O L B a dód ik 4 9 d B C N R m e llett

1 x6

1 x8

1 x8

1 x2

1 x 4



E

O

O

E

O

O

O

E

E

E

2k m

4k m

6k m

8k m

20k m

2 km

2 km

2 km0,45d B /km

13 ,0 d B m

C T B = 69d BC S O = 64d B




1 x6

1 x8

1 x8

1 x2

1 x 4

6 ,6d B

0 ,9dB

1 ,8dB

2 ,7dB

3 ,6dB

9 ,0d B

3 ,1 d B

10 ,0d B

10 ,0d B

8,7dB

0 ,9d B

0 ,9d B

0 ,9d B



E

O

O

E

O

O

O

E

E

E

2k m

4k m

6k m

8k m

20k m

2 km

2 km

2 km0,45d B /km

13 ,0 d B m

C T B = 69d BC S O = 64d B




1 x6

1 x8

1 x8

1 x2

1 x 4

6 ,6d B

0 ,9dB

1 ,8dB

2 ,7dB

3 ,6dB

9 ,0d B

3 ,1 d B

10 ,0d B

10 ,0d B

8,7dB

0 ,9d B

0 ,9d B

0 ,9d B

OLoss=19 ,8 -1 ,53=18 ,27dB

OLoss= 20,2-1 ,66=18 ,54dB

OLoss= 19,3-1 ,66=17 ,64dB

OLoss= 19,6-0 ,97=18 ,63dB

C N R = 5 0 ,8 1 dB

C N R = 5 0 ,3 6 dB

C N R = 4 9 ,4 6 dB

C N R = 4 9 ,7 3 dB


Harmonic Lightwaves Inc. Harmonic Lightwaves Inc. Link Link ExtenderExtender

EO

E M S T X

R F

B -E D FAC O U P L E R

L - E D FA C O U P L E RC O U P L E R

O P T IC A LL IN K

OE

OE

L E

OE

OE

L E

OE

OE

L E

R F le v e l= + 6 d B (C o h e re n t a d d it io n )N o is e L e v e l= + 3 d B (P o w e r ad d itio n )

C N R Im p ro v em e n t= + 3 d BC S O = C a n c e le d (5 . ..1 5 d B Im p ro v e m e n t) A

B

+

-

R FO U T

B IA S D E L AY L IN E

P H A S ED E T

VA R IA B L ED E L AY L IN E

H Y B R ID

B A L A N C E D S U P E R T R U N K I N G

A B A BA B

L IN K E X T E N D E R


A Link Extender előnyeiA Link Extender előnyei

C E N 4 2C h a n n e ls




EO

EO

EO

EO

H LT 7 8 0 3

H O A 7 0 1 7

H LT 7 8 0 3

H O A 7 0 1 7X

H LT 7 8 0 3

H O A 7 0 1 7

H LT 7 8 0 3

H O A 7 0 1 7X

3 4 k m H O A 7 0 1 7

3 4 k m H O A 7 0 1 7

7 6 k m

7 6 k m

7 6 k m

7 6 k m

OE

OE

OE

L E

OE

OE

L E

OE

H L R 3 8 0 0 R M

H L R 3 8 0 0 R M

H L R 3 8 0 0 R M

H L R 3 8 0 0 R M

H U B

H U B

H U B

H U B

9 d B 2 0 d B

9 d B 2 0 d B

2 0 d B

2 0 d B

C N R 5 0 d BC T B -6 5 d B cC S O -7 0 d B c

C N R 4 5 ,5 d BC T B -6 5 d B cC S O -5 8 d B c




Optikai gyűrű felépítéseOptikai gyűrű felépítése

P R O F E S S IO N A LC AT V

H E A D E N D

H PA 48 09 -4B RO A D B A N D

P R EA M P L IF IE R

H LT 78 03E M T

H O S4 00 0S W

E D FAH O A 7 02 0

FERENC

PESTERZSÉBET PESTLÕ RINC

RÁKO SKERESZTÚR

KÕ BÁNYASASHALO M

ZUG LÓ

H L E

H L E H L E

H L E

H L EH L E

H L E

E D FAH O A 7 01 7

E D FAH O A 70 17

H L R38 00 R M

H L R3 80 0R M

H L R 38 00 RM

H L R 38 00 RM

H L R3 80 0R M

55 98 m1 .57 dB

6 08 8m1.7 0d B

79 63 m2.23 dB

9 9 00 m2.77 dB

1 34 85 m3.7 8d B

1 00 00 m2.80 dB

7 79 6m2 .1 8d B

51 40 m1.44 dB

60 %

40 %

60 %

40 %

5 % 9 5 % 5 % 95 %

90 %

10 %

90 %

10 %

8 5%

1 5%

8 5%

1 5%

10 % 9 0 % 10 % 90 %

85 %

15 %

85 %

15 %

0.73dBm+3 dB

2 .03dBm+3 dB

0 .90 dBm+3 dB

6 5% 3 5% 65 % 3 5%

1 .03dBm+3 dB

3 .93dBm

2.56dBm+3 dB

1 .48dBm+3 dB

1 .58 dBm+3 dB

4.48dBm65 %

35 %

35 %

65 %

10%

1 .92dBm

20%

1 .62dBm

1 .24dBm40%1.70dBm 60% NEMHLR3800RM

10% 1.92dBm

20%

1 .65dBm

35%

0 .62dBm

90%

0.92dBm

"A" TRUN KLIN E

"B" TRUN KLIN E

RED UN DA N T LIN E

H L R38 00 RM

Re d u nd a n c yRe d u nd a n c y

Re d u nd a nc y

Re d u nd a n c y

Re d u nd a n c y

Re d u nd a n c yRe d u nd a nc y

Re d u nd a n c y


Optikai gyűrű tervezéseOptikai gyűrű tervezése

5140m 8000m 9968m

13485m

0m

5597m 6088m 7942m 12978m

1 ,3621dB 2 ,1200dB 2,6415dB

3 ,5735dB

1,4832dB 1,6133dB 2 ,1046dB 3,4392dB

HE

20dBm



5140m 8000m 9968m

13485m

0m

5597m 6088m 7942m 12978m

1,3621dB 2 ,1200dB 2,6415dB

3 ,5735dB

1,4832dB 1,6133dB 2 ,1046dB 3 ,4392dB

HE

20dBm

5 05 0

59 5

1 09 0

2 08 0

59 5

1 09 0

1 58 5

3 56 5

0 ,21 3 ,5

d B0 ,5

1 0 ,2d B

1 ,07 ,2

d B

3 ,33 ,3

d B

0 ,21 3 ,5

d B0 ,5

1 0 ,2d B

0 ,78 ,5

d B2 ,04 ,7

d B

1 5 ,3 3 7 9 1 3 ,0 1 7 9 9 ,8 7 6 4

4 ,6 5 9 7

5 ,3 0 2 9

1 5 ,2 1 6 8 1 3 ,4 0 3 5 1 0 ,7 9 8 9 6 ,6 5 9 7

16 ,7dBm

1,8379dBm 2,8179dBm 2,6764dBm

1,7168dBm 3 ,2035dBm 2,2989dBm 1 ,9597dBm



5140m 8000m 9968m

13485m

0m

5597m 6088m 7942m 12978m

1,3621dB 2 ,1200dB 2,6415dB

3 ,5735dB

1,4832dB 1,6133dB 2 ,1046dB 3 ,4392dB

HE

20dBm

5 05 0

59 5

1 09 0

2 08 0

59 5

1 09 0

1 58 5

3 56 5

0 ,21 3 ,5

d B0 ,5

1 0 ,2d B

1 ,07 ,2

d B

3 ,33 ,3

d B

0 ,21 3 ,5

d B0 ,5

1 0 ,2d B

0 ,78 ,5

d B2 ,04 ,7

d B

1 5 ,3 3 7 9 1 3 ,0 1 7 9 9 ,8 7 6 4

4 ,6 5 9 7

5 ,3 0 2 9

1 5 ,2 1 6 8 1 3 ,4 0 3 5 1 0 ,7 9 8 9 6 ,6 5 9 7

16 ,7dBm

1,8379dBm 2,81 79dBm 2,6 764dBm

1,7168dBm 3 ,2035dBm 2,2989dBm 1 ,9597dBm

57 ,8dB 58 ,8 dB 58 ,6dB

57 ,7dB 5 9 ,2 dB 58 ,3 dB 5 8 ,0 dB

54 ,6 dB

55 ,2 dB

51 ,8dB

52 ,4dB


Fiber Optic Handbook, Fiber, Devices, and Systems for Optical Fiber Optic Handbook, Fiber, Devices, and Systems for Optical Communications,Communications,editor: M. Bass, (associate editor: E. W. Van Stryland)editor: M. Bass, (associate editor: E. W. Van Stryland)McGraw-Hill, New York, 2002.McGraw-Hill, New York, 2002.J. L. Miller, and E. Friedman,J. L. Miller, and E. Friedman,Photonics Rules of Thumb, Optics, Electro-Optics, Fiber Optics, Photonics Rules of Thumb, Optics, Electro-Optics, Fiber Optics, and Lasers, and Lasers, McGraw-Hill, New York, 1996.McGraw-Hill, New York, 1996.P. C. Becker, N. A. Olsson, and J. R. Simpson,P. C. Becker, N. A. Olsson, and J. R. Simpson,Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Fundamentals and Technology,Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Fundamentals and Technology,Academic Press, San Diego, 1999.Academic Press, San Diego, 1999.J. Singh,J. Singh,Semiconductor Optoelectronics, Physics and Technology,Semiconductor Optoelectronics, Physics and Technology,McGraw-Hill, New York, 1995.McGraw-Hill, New York, 1995.J. Singh,J. Singh,Optoelectronics, An Introduction to Materials and Devices, Optoelectronics, An Introduction to Materials and Devices, McGraw-Hill, New York, 1996.McGraw-Hill, New York, 1996.C. R. Pollock,C. R. Pollock,Fundamentals of OptoelectronicsFundamentals of OptoelectronicsIrwin, Chicago, 1995.Irwin, Chicago, 1995.

Documents

Lézerek