Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Omoomi,Asghar Gholami
مسعود عمومی (استاد مشاور) اصغر غلامی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Narges Shahriari
نرگس شهریاری کله مسیحی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
The light of laser source is not completely single frequency and has limited linewidth. Lasers linewidth might be up to several hundreds of GHz. Today, with the development of laser systems, construction and use of narrow linewidth lasers are rapidly developing. Therefore introduction of methods of precise measurements of frequency spectrum and noise characteristics of these lasers, seems to be an important need. Recently, lasers with linewidth less than 100 kHz are commercialized. One of the challenges that face manufacturers is accurate linewidth measurement of such lasers. Optical spectrum analyzer has the accuracy of a few tens of megahertz. Therefore (for narrow linewidth laser), another measurement methods based on electrical devices (electrical spectrum analyzer ESA) are replaced. To measure the linewidth of the narrow linewidth lasers, due to limited bandwidth of ESA, measurement methods based on interference are employed. The main idea of this method is based on the conversion of phase or frequency fluctuations into intensity changes in an interferometer such as Mach-Zehnder or Michelson. In general, the source of laser frequency noise can be considered, white noise (Lorentzian) and 1/f noise (Gaussian). Many applications such as coherent communications systems is limited by the white component of the frequency noise. Because the phase or frequency fluctuation resulting from 1/f noise are very small and by using the frequency tracking circuits and PLL circuits could be compensated. Therefore, measuring the spectrum broadening caused by white noise (Lorentzian linewidth) as a result of random changes in phase laser beam is in important to design data transfer systems. In this report, various methods of the linewidth measuring of the narrow linewidth laser, have been studied. Then according to the existing facilities, a modified delayed self homodyne interferometer DSHOI, using a phase modulator and delay fiber length less than the coherence length of the laser in a Mach-Zehnder interfrometer, in order to calculate the Lorentzian linewidth, is designed and implemented. In the interferometer system with a short delay fiber, low frequency noise (1/f) of laser are filtered from beat signal then measurement of spectrum broadening caused by white noise and Lorentzian linewidth along with non-linear fitting process provided. If the dominant noise of laser is 1/f, such as high power laser and fiber laser, this method is not suitable for linewidth measurement. Measurement for the narrowest accessible laser in the laboratory (linewidth of semiconductor laser is 85 kHz), was performed. Error of measurement with designed system is less than 2%. The study showed that by increasing the amount of delay in the interferometer, measurement error due to nonlinear effects of polarization and instability in the system increases. Resolution of designed measurement system is approximately 30 kHz. Keywords: Narrow linewidth laser, lorantzian lineshape, DSHOI, DSHI
لیزر واقعی یک منبع نوری کاملاً تک فرکانس نیست و پهنای طیف محدودی دارد. پهنای طیف لیزر می تواند بازه ای از چند هرتز تا چند صد گیگا هرتز را شامل شود. امروزه با پیشرفت سیستم های لیزری، ساخت و استفاده از لیزرهای طیف باریک به سرعت در حال توسعه است. بنابراین معرفی روش های اندازه گیری دقیق طیف و مشخصات نویز فرکانسی این نوع لیزرها، دارای اهمیت می باشد. امروزه لیزرهای با پهنای طیف کم تر از 100 کیلوهرتز تجاری شده اند. یکی از چالش هایی که سازندگان با آن روبه رو بوده اند، اندازه گیری دقیق پهنای طیف چنین لیزرهایی است. دستگاه های تحلیل گر طیف اپتیکی (OSA) تجزیه و تحلیل طیف نوری را تا دقت چند ده مگا هرتز ارائه می دهند. بنابراین برای اندازه گیری پهنای طیف لیزرهای طیف باریک، روش های اندازه گیری دیگری مانند روش های تداخلی مبتنی بر دستگاه های الکترونیکی جایگزین می شوند. ایده ی اصلی این روش ها بر مبنای تبدیل نوسانات فاز یا فرکانس نوری لیزر به تغییرات شدت در یک تداخل سنج مانند تداخل سنج ماخ زندر یا مایکلسون است. بطور کلی نویز لیزر را می توان به دو دسته ی نویز سفید و نویز فرکانس پایین 1/f تقسیم کرد. در بسیاری از کاربردها مانند سیستم های مخابراتی، نویز 1/f لیزر تأثیرگذار نیست و با استفاده از مدارهای دنبال کننده ی فرکانس و مدارهای PLL قابل جبران است. بنابراین مشخص کردن پهن شدگی ناشی از نویز سفید (پهنای طیف لورنتسی) که ناشی از تغییرات تصادفی فاز پرتوی لیزر است، برای طراحی سیستم های انتقال داده حائز اهمیت است. در این پایان نامه، در ابتدا به بررسی روش های مختلف اندازه گیری پهنای طیف لیزرهای طیف باریک پرداخته شده است و با توجه به امکانات موجود، یک روش تداخلی هموداین خودتأخیری اصلاح یافته ی DSHOI با استفاده از یک مدولاتور فاز و فیبر تأخیری با طولی کمتر از طول همدوسی لیزر به منظور محاسبه ی پهنای طیف لورنتسی ناشی از نویز سفید، طراحی و پیاده سازی شده است. در سیستم تداخلی با فیبر تأخیر کوتاه، نویز 1/f لیزر از طیف تداخلی حذف شده و امکان اندازه گیری پهن شدگی لورنتسی طیف با استفاده از مدل داده شده براساس نویز سفید و روش های تطبیق غیرخطی، فراهم می شود. اندازه گیری برای باریک ترین لیزر موجود در آزمایشگاه (یک لیزر نیمه هادی با پهنای طیف 85 کیلوهرتز)، انجام شده است، خطای‌ اندازه گیری با سیستم طراحی شده کم تر از 2% است. در این پژوهش نشان داده شده است که با افزایش طول فیبر تأخیردهنده از میزان طراحی شده، خطای اندازه گیری ناشی از اثرات قطبش غیرخطی و ناپایداری سیستم، افزایش پیدا می کند. قدرت تفکیک سیستم اندازه گیری طراحی شده حدود 30 کیلوهرتز می باشد. کلمات کلیدی: 1-لیزرهای طیف باریک 2-مشخصه ی لورنتسی 3-DSHOI 4-DSHI

ارتقاء امنیت وب با وف بومی