Generation of a multi-wavelength Brillouin erbium fiber laser with frequency spacing versatility
Nome: EDUARDA PEDRUZZI DA SILVA
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 19/08/2022
Orientador:
Nome |
Papel |
|---|---|
| ARNALDO GOMES LEAL JÚNIOR | Co-orientador |
| CARLOS EDUARDO SCHMIDT CASTELLANI | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
|---|---|
| ARNALDO GOMES LEAL JÚNIOR | Coorientador |
| CARLOS EDUARDO SCHMIDT CASTELLANI | Orientador |
| MARCELO EDUARDO VIEIRA SEGATTO | Examinador Interno |
| SHIRLEY PERONI NEVES CANI | Examinador Externo |
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 EDFAs, 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.
Palavras-chave: SBS, Ótica não linear, Lasers em fibra, Laser de múltiplos comprimentos de onda, Laser em fibra Brillouin, Deslocamento Brillouin, Baixo limiar de potência.
