Generation of a multi-wavelength Brillouin erbium fiber laser with frequency spacing versatility
| dc.contributor.advisor1 | Castellani, Carlos Eduardo Schmidt | |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000000341545683 | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1975160943820607 | |
| dc.contributor.author | Silva, Eduarda Pedruzzi da | |
| dc.contributor.referee1 | Cani, Shirley Peroni Neves | |
| dc.contributor.referee2 | Segatto, Marcelo Eduardo Vieira | |
| dc.date.accessioned | 2024-05-30T00:54:08Z | |
| dc.date.available | 2024-05-30T00:54:08Z | |
| dc.date.issued | 2022-08-19 | |
| dc.description.abstract | This dissertation proposes the production of a multi-wavelength laser, all in fiber, with different frequency spacings, using a non-linear effect, stimulated Brillouin scattering (SBS), combined with the use of a erbium doped fiber amplifier (EDFA). In a dual loop cavity configuration and 25km Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber (NZDSF) fibers as the gain medium. Lasers were first observed in the 1960s and are considered one of the significant technological advances of the 20th century. Many different laser systems have been developed and tested and have been used in a variety of applications. Optical fiber lasers and amplifiers have been attached much attention from the scientific community. But it was only in 1980, after a significant reduction in propagation losses and with the development of EDFA’s, which made it possible to transport light over tens of kilometers of distance, that this technology has grown exponentially. In fact, despite the advances made, there is still a margin for this technology to progress, the biggest challenge being to improve performance, and overcoming some limiting factors, highlighting, the early appearance of non-linear effects, such as Raman scattering and Brillouin scattering, which cause the loss of incident power and cause the fading of the transmitted information. During the studies of these non-linear effects, several advantages and ways were found to combine them with the gain of the light beam and use them as amplifiers and generators, using different arrangements and techniques. Multi-wavelength lasers (MWL) came to the fore after the development of wave division multiplexing (WDM) technology, which allows more channels to be carried on a single medium. The nonlinear Brillouin effect has a small frequency shift, about 10 GHz in silica, and a relatively low threshold power for generating the effect, in addition to being stable at room temperatures and tunable narrow linewidth frequency scheme, all of which make the multi-wavelength Brillouin laser (MWBL) hot spot on research, as it is easy to cascade and transmit all waves within the same communication band. It can also be produced entirely in optical fiber, which confers reliability, efficiency, excellent quality of the modal beam, low maintenance and they are compact structures. Combining these qualities, multi-wavelength Brillouin fiber lasers (MWBFL) can be used in various applications, such as sensing and dense wave division multiplexing (DWDM). To implement this dissertation, a pump source with a narrow linewidth, about 1 kHz, was used, which allowed reached a low power threshold, approximately 1 mW, necessary to stimulate the non-linear effect in the fiber. For the choice of the Brillouin gain medium, three fibers with different characteristics were tested and the one that presented the best performance in terms of power threshold, frequency shift, and amplification was chosen, NZDSF of 25 km. For linear gain medium, an erbium-doped fiber (EDF), 10 m long, pumped with a light source at 1474 nm was chosen. Finally, for laser cascading generating multiple wavelengths, three configurations were used that made it possible to increase the frequency spacing by up to three times the silica standard, approximately 9.08 GHz for the single array, 19.56 GHz for the double array, and 29.12 GHz for the triple frequency spacing. | |
| dc.description.resumo | Esta dissertação propõe a produção de um laser de múltiplos comprimentos de onda, todo em fibra, com diferentes espaçamentos de frequência, utilizando de um efeito não-linear, espalhamento estimulado de Brillouin (SBS), combinado como uso de um amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA). Em uma configuração de cavidade de laço duplo e fibras Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber (NZDSF) de 25km como meio de ganho. Lasers foram observados pela primeira vez na década de 60, e são considerados um dos grandes avanços tecnológicos do século XX. Muitos sistemas diferentes de laser foram desenvolvidos e testados, sendo utilizada nos últimos anos em diversas aplicações. Os lasers e amplificadores em fibra ótica têm sido tema de grande atividade cientifica. Mas só em 1980, após significativa redução das perdas de propagação e com o desenvolvimento dos EDFA’s, que possibilitaram transportar luz por dezenas de quilômetros de distância, que esta tecnologia recebeu forte impulso. Na realidade, apesar dos avanços obtidos, ainda existe uma margem de progressão desta tecnologia sendo o maior desafio melhorar o desempenho, ultrapassando alguns fatores limitadores. Destacando, o surgimento precoce de efeitos não-lineares, tais quais espalhamento Raman e espalhamento Brillouin, que provocam a perda de potência incidente e causam o esvanecimento da informação transmitida. Durante os estudos desses efeitos não lineares, foram encontradas diversas vantagens e formas de aliá-los ao ganho do feixe de luz e usá-los como amplificadores e geradores, fazendo uso de diferentes arranjos e técnicas. Os lasers com múltiplos comprimentos de onda (MWL) se destacaram após o desenvolvimento da tecnologia de multiplexação por divisão de onda (WDM), que permite que mais canais sejam transportados em um único meio. O efeito não-linear Brillouin possui um deslocamento em frequência pequeno, cerca de 10 GHz em sílica, e uma potência limiar para geração do efeito relativamente baixa, além de ser estável em temperaturas ambientes e permitir a manipulação do espaçamento de frequência, tudo isso torna o laser Brillouin com múltiplos comprimentos de onda (MWBL) alvo de muita pesquisa, pois há uma facilidade em cascatear e transmitir todas as ondas dentro da mesma banda de comunicação. Podendo ainda ser produzido todo em fibra ótica, o que confere confiabilidade, eficiência, excelente qualidade de feixe modal, baixa manutenção e o fato de serem compactos. Aliando essas qualidades, os lasers Brillouin em fibra com múltiplos comprimentos de onda (MWBFL) podem ser utilizados em diversas aplicações, como sensoriamento e multiplexação por divisão de ondas densas (DWDM). Para a realização dessa dissertação, foi usado uma fonte de bombeio com largura de linha estreita, cerca de 1 kHz, o que permitiu que fosse atingido um baixo limiar de potência, aproximadamente 1 mW, necessário para estimular o efeito não linear na fibra. Para a escolha do meio de ganho Brillouin, foram testadas três fibras com características diferentes e escolhida a que apresentou o melhor desempenho quanto ao limiar de potência, deslocamento de frequência e amplificação, uma fibra com o zero de dispersão deslocado (NZDSF) de 25 km. Para meio de ganho linear, foi escolhida uma fibra dopada com érbio (EDF), 10 m de comprimento, bombeada com uma fonte de luz em 1474 nm. E por fim, para o cascateamento do laser gerando múltiplos comprimentos de onda, foram empregues três configurações que possibilitaram aumentar o espaçamento de frequência em até três vezes do padrão em sílica, aproximadamente 9.08 GHz para o arranjo simples, 19.56 GHz para o duplo e 29.12 GHz para o triplo. | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | https://dspace5.ufes.br/handle/10/16234 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Mestrado em Engenharia Elétrica | |
| dc.publisher.department | Centro Tecnológico | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | |
| dc.rights | open access | |
| dc.subject | SBS | |
| dc.subject | Ótica Não Linear | |
| dc.subject | Lasers em Fibra | |
| dc.subject | Laser de Múltiplos Comprimentos de Onda | |
| dc.subject | Laser em Fibra Brillouin | |
| dc.subject | Deslocamento Brillouin | |
| dc.subject | Baixo Limiar de Potência | |
| dc.subject.br-rjbn | subject.br-rjbn | |
| dc.subject.cnpq | Engenharia Elétrica | |
| dc.title | Generation of a multi-wavelength Brillouin erbium fiber laser with frequency spacing versatility | |
| dc.title.alternative | title.alternative | |
| dc.type | masterThesis |
Arquivos
Pacote original
1 - 1 de 1
Carregando...
- Nome:
- EduardaPedruzzidaSilva-2022-dissertacao.pdf
- Tamanho:
- 1.6 MB
- Formato:
- Adobe Portable Document Format
