تحلیل نظری سوراخ سوختگی طیفی و نوسان واهلشی در تقویت کننده فیبر نوری آغشته به نقطه کوانتومی pbse با تثبیت بهره تمام نوری

در طول سال های گذشته، شکل های مختلفی از سیستم های مخابراتی عرضه شده است. علت اصلی این حرکت و پیشرفت، ارسال و انتقال اطلاعات و پیام ها به فاصله های دورتر و افزایش سرعت انتقال و حجم ارسال بیشتری از اطلاعات در واحد زمان(ظرفیت سیستم) بوده است. اما نیاز بشر به افزایش حجم بیشتر انتقال اطلاعات، چاره‎ای جز افزایش پهنای باند پنجره مخابراتی‎ را در پی نداشت. به این ترتیب بود که بشر دوباره به فکر استفاده از نور برای مخابرات افتاد. ولی از مهم ترین سدهای مقابل این هدف یکی منبع نوری مناسب (پر شدت و همدوس) و دیگری محیط مناسب (با افت، پاشندگی و پراکندگی‎کم) بود. گام اصلی با اختراع لیزر توسط آقای میمن در سال 1960 برداشته شد. لیزر به واسطه نور پر شدت و همدوس خود به-عنوان بهترین گزینه برای منبع نوری در مخابرات نوری برگزیده شد. فیبر نوری از تمام محیط های انتقال شناخته شده، دارای پهنای باند وسیع تر و افت کمتری می باشد. این دو مزیت دو عامل عمده در ارزیابی سیستم های مخابراتی به شمار می رود. با وجود تلفات ناچیز فیبرهای نوری، برای انتقال اطلاعات در مسافتهای طولانی بیشتر از ?? کیلومتر، نیاز به تقویت دوباره پالس های نوری است. ایده تقویت مستقیم پالس های نوری باعث شد که حجم انتقال اطلاعات و بهره تقویت کنندگی به طور قابل ملاحظه-ای افزایش یابد. استفاده از تقویت کننده های فیبرنوری منجر به کاهش تعداد تقویت کننده ها در شبکه مخابرات نوری می شود که از نظر اقتصادی کاهش در هزینه خدمات مخابراتی را به دنبال خواهد داشت. ظرفیت سیستم های انتقال، به شدت به پهنای باند تقویت کننده فیبر نوری بستگی دارد. در دهه اخیر، تقویت کننده های فیبر نوری، براساس پراکندگی رامان برانگیخته [1-2] و تقویت کننده های فیبر نوری آغشته به عناصر خاکی کمیاب مانندnd+3 ، pr+3 ( )، tm+3 ( ؛s-band) و er+3 ( ؛ c-band , l-band) پیشرفت نموده و تجاری شدند[3-5]. با این حال تاکنون تقویت کننده های نوری که هم اتلافشان کم باشد و هم پهنای باند زیاد داشته باشند و در عین حال تمام پنجره مخابراتی (1.7-1.2 نانومتر) را پوشش دهند، در دسترس نبوده اند. از لحاظ تئوری تقویت کننده-های فیبر نوری بر اساس رامان هیچ گونه محدودیتی روی پهنای باند و بهره ایجاد نمی کنند ولی از لحاظ عملی به خاطر پیچیدگی در سیستم، تنها حدود nm100 پهنای باند می-توان ایجاد کرد. به منظور افزایش ظرفیت سیستم هایdwdm و cwdm نیاز به تقویت سیگنال هایی خارج از محدوده تقویت تقویت کننده های فیبر نوری آغشته به عناصر خاکی می باشد. به دلیل مشخصه طیفی اتم های طبیعی که به خصوصیات ترازهای انرژی شان برمی گردد، پهنای باند تقویت کننده های آغشته به این نوع اتم ها محدود است. بنابراین برای غلبه بر این مشکل به جای اتم های طبیعی می توان از اتم های مصنوعی استفاده کرد[6] . به همین خاطر در چند ساله اخیر نقاط کوانتمی (نانو-کریستال های نیمه رسانا) بعنوان اتم های مصنوعی، با گذارهای الکترونی قابل تنظیم در مخابرات نوری و دیگر بخش های صنعت مورد توجه قرار گرفته اند[7-64]. به خاطر قطر بزرگ نقاط کوانتمی pbse، سطح مقطع های جذب و گسیل این نقاط کوانتمی 5 برابر بزرگتر از سطح مقطع های جذب و گسیل یون های اربیوم ( ) می باشد. تار آغشته به نقاط کوانتمی pbse یک بهره بالا روی تمام پنجره مخابراتی 1.7-1.2 نانومتر ایجاد می کند. بنابراین qddfa pbse یک نماینده عالی از تقویت کننده های فیبر نوری برای سیستم-هایdwdm و cwdm در شبکه های پر ترافیک شهرهای بزرگ می-باشد. در سیستم های dwdm و cwdm همواره کانال ها خاموش و روشن می شوند که این خاموش و روشن شدن روی توان بقیه کانال های زنده تاثیر می گذارد و بهره تقویت کننده را تغیییر می دهد. با روشن شدن یک یا چند کانال، توان کانال های زنده کاهش و با خاموش شدن آن ها توان کانال های زنده افزایش می یابد که این به معنی هم شنوایی است. یکی از راه های کاهش هم شنوایی، استفاده از سیستم پس-خوران نوری می باشد. به این ترتیب طول موج های مختلف به-جای این که با یکدیگر به رقابت بپردازند در جهت استفاده از qd هایی که در اختیار طول موج نوسانی(لیزر) است تلاش می نمایند و ضریب تقویت برای آن ها تثبیت می شود و هم شنوایی از بین می رود. گسیل خودبه خودی یکی از فرآیندهای مهم در تقویت کننده-های فیبر نوری آغشته به نقاط کوانتومی qddfa می باشد. فوتونی که در اثر گسیل تابش شده، از طریق فرآیندگسیل القایی، سبب فرو افت نقاط کوانتومی بیشتری می شود که نتیجه آن خلق فوتون هایی با همان مد میدان الکتریکی فوتون خودبه خودی اولیه می باشد. این اثر که تقویت گسیل خودبه خودی ase نام دارد، با کاهش تعداد فوتون هائی که می خواهند در فرآیند گسیل القایی با فوتون های سیگنال شرکت کنند، بهره تقویت کننده را کاهش می دهد. درچندسال گذشته اثر ase در تقویت کننده های تار نوری آغشته به عناصر خاکی کمیاب مانند 3+er،3+rp ،3+nd بررسی شده است[3,5,14]. چانگ اولین بار در سال 2009 تقویت کننده های فیبر نوری آغشته به نقاط کوانتمی را در محیط همگن و با درنظر گرفتن ase مدل سازی کرد [11]. در مرجع [12] یک مدل غیر همگن وابسته به زمان برای یک حالت کلی از توزیع شعاعی qd ها ارائه شده است. در این پایان نامه قصد داریم رفتار یک وارونگر تمام تار نوری را در حالت پایا و گذرا با زمان بررسی کنیم. همچنین اثر قطع و وصل شدن تعدادی از کانال ها را بر کانال زنده و تاثیر پس خوران بر روی عملکرد نوفه های ase در حضور و عدم حضور لیزر مورد بررسی قرارخواهد گرفت. در ابتدای فصل دوم انواع فیبرهای نوری و تلفات آن ها بررسی می شود. در ادامه تقویت کننده های فیبر نوری آغشته به یون اربیوم (edfas ) و روش پایدارسازی بهره در آن ها مورد بحث قرار می گیرد. در فصل سوم خصوصیات نقاط کوانتمی، مانند جذب نوری نقاط کوانتمی و وابستگی خواص نوری به اندازه، بررسی می-گردند. همچنین مدل غیرهمگن تقویت کننده های فیبر نوری آغشته به نقاط کوانتمی (qddfas) معرفی و نتایج حاصل از آن بررسی شده است. در فصل چهارم قصد داریم رفتار یک وارونگر تمام تار نوری را در حالت پایا و گذرا با زمان بررسی کنیم. در ادامه اثر قطع و وصل شدن تعدادی از کانال ها را بر کانال زنده بررسی کرده و همچنین تاثیر پس خوران را بر روی عملکرد نوفه های ase در حضور و عدم حضور لیزر مورد بررسی قرار می دهیم.