Jurnal tesis hbl
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Like this? Share it with your network

Share
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
686
On Slideshare
686
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
1
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. ANALISA KARAKTERISTIK GAIN SERAT OPTIK ERBIUM DOPED AMPLIFIER MODE TUNGGAL Akhmad Hambalir* dan Ary Syahriar2 lMahasiswa Program Pascasarjana padaProgram Studi Opto-Elektroteknika dan Aplikasi Laser, Fakultas Teknik Universitas lndonesia,SalembaRaya 4, Jakarta 10430, Indonesia. E-mail: hbl@rnyself.corn 2Dit. T"kttologi lnformasi dan Elektronika,-gpFT Building II, 2lt Floor, MH. Thamrin No.8, Jakanal0340,Indonesia. Telp.:(021)3169826,3169835. E-mail: ary@london.com korespondensi dapatditujukan kepadapenulisAbstrak Padaiaringanjarakjauh dibutuhkan beberapapenguat ulang (repeater) elektronik untukmemperbaiki pelemahan sinyal yang terjadi. Solusiuntuk mengatasinya adalah dengan komponen.aktif erbium doped fiber amplifier (EDFA) yang dapat menguatkan sinyal tanpa harus terlebihdahulu mengubahnyake dalam sinyal elehronik. Tulisan ini menganalisa secara teoritis hubunganantara karakteristik gain terhadapdaya pompa (pump power) pada ). = 980 nm, ), = 1480nm dan )": 1550 ntn, serta hubunganantara karakteristik gain terhadap panjang serat pada serat optik erbium doped amplifier modetunggal. Sehingga dapat dipahami bagairnana unjuk kerja komponen aktif erbium doped fiberamplifier (EDFA) tersebut.1. Pendahuluan Seraterbiumdopedamplifierterdiri dari beberapa meterseratoptik yangdidopeddenganelemen- elemen rare earth erbium. Prinsipnya,laser digunakanunfuk memompa seraterbiumdopeddan atom - atom di seratakanberpindahpita energidari tingkat energi terendahke tingkatenergi yang lebih tinggi. Sinyal optik yang melewati serat erbium doped berfungsi sebagaiperangsang sehingga terjadiemisiyangmelepaskan energlphoton.Energitersebut bersifatkoherendan dengan demikian terjadi penguatan sinyal secara optik. Bagaimanapun kombinasikeistimewaanini menghasilkan beberapa karakteristikbaru yang tidak terdapatdi seratoptik padaumunrnya.Agar analisasecara teori dapatdilakukanlebih khususmakadikembangkansuatumodelpenguatan cahayapada seraterbiumdoped. SbdrFt l5Sm Gambar 1. Blok diagram sistempengutan serat erbium doped [23J
  • 2. ueruuper uem>ln8uedn1ensF€p Euns8uel sJecosuolntuelrp ledup rsdrosqe uolpas sso.ra tsegolarp Suef wnlqra uol spe >1epgellqedy o rsdrosqeuolpas sso,nuep"o lsrrneuolpas.s.ro./rssqag Euequrole8 Strefusd ErmsEuel sJecas rn{niuour ue8uap quel }nqeslet upolapnpadeEnf ueqrprad ue1en4a4uu:ln1ueuetu>p1tme,{uue[ epo]eu qI efr4Ers - lsJls ue4sulefuaur "mJsX{$un Euquadral 1eq uapdruaur padop untqr? lsras qenqes eped lsdrosqe uolpas ssorlrsauroJur u?p rsrura uolpas sso.la rsaruoJul un4ledg Jp{e Blpatu ue{}squelrratu Suer{sellpruFeql"le {rgrm Sugued q?lep? ualr"as sso,rausqllale4ragtrdrue uep resel ?ruuesueEueppradag aolr?as ssolr uu{nlueuetrtr .t uoloqd rs€lntuqs rsrure ue8uopSuresraq lnqesJal1e,(u1sufr4eqg4e sep rS.raue lu{8uq ol ledrua}ltqrueSuaur Erms8uel elecesresepueep€a{gup;sd.rosqe rur urelsfs sp?d tueraq drqnc Euu,(rsepdodnqns HIIIuretuqeprcJel 1e,{uts3u1m1lelr{Suq,suerulp eEqroseluelsds ue4leqlgeduraut rsqtueg sele}url8unp au17afi7 le{8uq IZue4teqquSuaur ut8utqasepaqreq Eue[,197 n1dalnwepedyto1g trelrrlEug ue1u43un - sre]uea1od1p?upap ueqlleradqeppeftalEtrns3uepaq lnqasrelI"q eruelaszlqa$vpu uetuap lnqeslptut 1u4tut1rp rsrpuo{ aletu se1u rasel rSrauelu:{Euprp spyottuow tslpuo{ {nlrm edruodp uo1BIqa) {n}ueqn} 4epq suleE Jessp le;ls uopeque8ueuuepaur tuecsru - rusc€rluaq u"p (sp1oltuowf) tltna-atDr uor llqJo - yqto Eultg1ds4to7g *ualqeqefuaur1uII€H lslsll1 ueperu ueperu te8eqas lcue{tp uepnupl r.so? rslploslptuo}s- ruol?EueJe>[ {ullole uspau eua{Jel apryot{uDl se1o3 ePeA" g9VEZl0 = 7 sn8tTules uor tsoq" I H oC d C 4 g ;nrnq ue8uapuDtrsrugoprp .tor8ua umlueluoruumtrusn{}!qro JoluoureEeqas uW ,n1n8uo runluauou tunlu€n4Istol Jotuouqeteps7 u1dsumluelul lotuou qBI€p? Tg eu€unptT, * uu8uaprepuullp lngesJalrEreuela1Euq Ip EpEJaq Euef uot nuls ruolv ", [gJ 8uoqwo1a8 8ua{uodlslsuatt tofu uop r&nua w13u11 ppary e rpquvg -r3 d ofs l eogtl u 086 a/al t iltt arilt l z6t I ,.urc ) .ot Fraitg : 6 J .rSr i/l lq uo! rruprtrolen1n8ur runluetuotu lsJls* leJrsue>pssepJeqt?puellpleuorsualuo{erecesuor uup ruole rEraualolEurg EuuqruoloE Suefued$rsue4 Isllu, u?p *rrg l8rauo lu>{8uplapouruolteqrtredruetu reqr$?g r6rauo1u48uq Z tuu8elp lapotu .rnlslalurqp{ nnro u?p IsdJosqeefulpefe1 uuurlSunua4 usJtrse-qsnlrEuaru ercc lle>les lnlun 1e,(uegIstun uup tsdtosquedupuSalueryeqr4eEuaru ledep *e4I F:adas qtpa-anr JIDI?usq?q ?Arqsquolsqofrp qulsl lgades uru0SSIn11e{>1gdo rse:{runruo{tuolsrsrsrusus.qegd EueqruolaE 3uefuedepadledursuu4]en8uaur pdup padop wnlq& EDIrIrs ltrao?/(q?q ?trr?lrual lerefs Flnuaruetu qe1e1 e{ulefucradureur nplas EuefngftTduto padop wnlqralelas rn{sruad ered feq ge4as Eurtuednqesrel IBH u:lllls luos ts4npord Iss{uepJ t8optqelepolatlle,(qrqelsqBlateuers{ vdcil ueSuequra>Fad e,(r4edac sesrlns uep uBsels nlBsII€lBs r8sBptrBqEq u)tillssslec IESBqes z7gg7sqsnEy ZT,- lZ ege{ef uuuepeungsstrsrelrununpollpnv(ZOOZfIngtg;fl uafrlagl ue$IS ueprelnduro;tr sEurpeecor4 z-d
  • 3. Analisa Karakteristik Gain Serat Optik Erbium Doped Amplifier Mode Tunggal P-3 a$v) (3 . 1 ) oo(r) = r oto obznlfia (A |(v, a, q oto ro r), uDimana att(u) adalahredamanyang disebabk,an erbiumdalam decibel per meter pada frekrvensi y.ps,{r) adalah konsentrasi erbium, adot adalahjari - jai erbium dopant, dan fO, r) adalahnormalisasi intensitas mode LP6, yang ditenhrkanberdasarkan, z"tff Io1(r,r)rdr = l (3.2) Cross section emisi dapat ditentukan dari pengukuran gain, anggap bahwa semua ionerbium tereksitasi, o"(r) = sQ) ( 3.3) t oIosrr(e12,r er rG)o| (v, r o !ffd t r)dDimana g(v) adalahgain dalam decibel per meter pada frekwensi v. Menentukan cross section dengan menggunakan persamaan ( 3.1 ) dan ( 3.3 ) tersiratdisana suatu ketelitian yang diketahui dari integral antara konsentrasi ion erbium dan mode LPs1.Karena itu hal ini dianggap bahwa hanya mode LPu yang merambat diserat dan yang sangatpenting, ini sulit sekali untuk menyelesaikansyarat bahwa semua ion erbium tereksitasi. Sehinggacross section emisi dapat ditentukan dari bentuk spektrum fluoresensi , I"(u), dan harga emisispontan, A" = l/r21. Disini r2r merupakan lifetime radiasi. Berikut ini adalah persamaan yangditurunkan dari persamaan Fuchtbauer - Ladenburg, A i"2 r o " (r)=-n eQ) ( 3.4) - " I S rn o I " (v )d vDimana adalah n indeksbiasdanl, adalah panjang gelombang - rata. rata Spektrumcross section absorpsidapatjuga ditentukandari bentuk spektrumredaman,Io(u),berdasarkan persamaan Fuchtbauer Ladenburg, - A .2.2 Ia@ ) o -(" )= -S .2J2+ l (3.s) " ^ 8/rn" IIo?)dv 2Jr+ lDimana-Ir dan J2 adalahnomer quantummomentum angular untuk kondisi ground state dankondisieksitasi.Denganmenggunakan ( persamaan 3.4 ) dan( 3.5 ) bentukspektrum crosssectionemisi dan speklrumcrosssectionabsorpsi dapatdilihat sepertigambar3 berikut ini : 6.00E-25 5.00F25 .E +.ooszs o ct (/) 3.00E-25 o o $ z.ooazs 1.00E25 0.00E+00 1500 Panjanggelonbang,nm Gambar 3. Spektrum cross section absorpsi dan cross seclion emisi
  • 4. Gv) i4b+i++rn-lxa=,.p fu.*- p : ue4lrseq8uluu7 z redurus = z pep (gf) ueeunsred - 0 rse.6a1rq (sr) 4*lo * *!o) *--qrr-= ,"!I : rssrnlsssslrsuelur u?p efep uuparuapou rs8urgiqelspe rt aefluap Gv) * lo = n : ln{Feq re8eqas ue{rsug:eprp8ue,{Qnu81spotus) 1rce4:-1u.,(urs rsfuosqeuarsgeo{ qelepe rn uep dn1tanorol4eJ q?l?pefr3 ever;ong Gv) (#o+;i+.,)r-=#,n : uollJsqureu du?tpnrual(7y) ueewesrad er(ep apou Sursetu- Swseu ua8uep selrsuoturueryedurallp1uIuer8eqrp unueN 3ue1g 1pe$au (7y) uezruesred Js$q Euntn4 ?prrel utuegaduurEeq rpunrqJa rsnqlqsry ueEurguuE:a1e>1 aleu (ZVl ueeures:ed ,ntr ueT{nseurrp u:t!f leras selaf quolpas sso.radepeqral ue4rser8alurrp sruer{ (7il ueeu,resred leurproo>1 z depuqnl rser8alule)l qlFraq umleqes cN -Nl = tltr suetllrp d = N umlqJ3 rse"guesuo{ueEuap }te)u31t1gqerneq r8raua 1e4Eqlrp rselndo4rsfuosqe rsnueuolpassso,rr r{elepe uep ,"lo trep *:g (zv) (rIoN-(nlo + ,!o)u)t, = # : lrullreqte8uqes (sa = 4)I selrsualur u€4rsrugeprl lse4ggdury sslrsualur uoloqdl6,:oua f hselerSrauate{8url rp uuluodsaqtall1 r1eleperefrqrrcqas epd n}Feq uepgnrsod qzre{rqun I+ z: tn euernrq(s = /) EueqruolaE1e,{urs (d = f ) edruodueleqruered uep qereur:plnfimuavttn $!s}CI ze o:l nr! , (rr) ji t- =N ii eftuod ssl$ualutuep 1e,{urs qsqrueu }edupsule sulrsuo}urdrauale{Euquole rsepdod EmlrqEueu u.t(ueq Eue{ ueeues:ed rmsn{uaur ueEuapuu4sulafipa&uod uep ludurs8uequroloEw+equtsrsdxuu ggtl rrep096 e{qesr.u1 (uor2dtosqVaqorypa11rg}rdrosqe Fqls{e useps1 u?p seqaqBreoes uoln1uelryledep udurodEuequroleE Suefuu6 r.raS4psgel{Brsy .? snlsn8y ZZ,- lZ slJe)luf uuuepeung splrsJe^rununFolrpnvZ0r0g(ZOOZ ruetsrsuep raln&uo;tr.s8urpaecor4 UyUrtgy) ue[1a1u1
  • 5. Analisa Karakteristik Gain Serat Optik Erbium Doped Amplifier Mode Tunggal Umumnya koefisien Co, adalah daya bebas, tetapi untuk daya yang cukup tinggietau untuk doping erbium terbatas seluruhnya diatur konstan. Nilainya ditentukan olehbanya satu panjang gelgmbang pompa dan satu panjang gelombang sinyal. Untuk dayapompa yang sangat tinggi dan daya sinyal diabaikanmaka dapat ditetapkan dari persamaan(4.2)bahwa pendekatanpopulasi di tingkat energi atas N, -- Noi* f olo * oT ).Kemudian daya pompa absorpsi adalah : pabs=h, I @7) -P tfua1 -J- r oi 1.;T -, Gain maksimum dicapai dengan mengintegralkan persamaan (4.2) terhadap modemedansinyal. (4.8) G** =Penjelasanyang sama diberikan untuk daya sinyal absorpsipada daya input yang tinggi dan untukfaktor transmisi pada panjang gelombangpompa dimana daya pompa diabaikan. Diperoleh daripersamaan (4.6) Ckjf I; = ll Pi"dengan, Potn - I; (4.e) Secarajelas pada persamaan(4.6) untuk pompa dapat ditulis k = p dan gelombang sinyalk = s. Kemudian dari sini dapat dipisahkan daya pompa output Pfudan daya pompa absorpsiP; - P; dari persamaansinyal serta memasukkannya persamaanpompa. Setelah didapatkan kebeberapamodifikasidenganmenggunakangainsinyal = p,"* lPi G = exp(po"Z) maka: rc-lt {ul1*)=#rr.,td.ff (4.10)Dengangain maksimum Gr.* =eXP{t+-",)r} . 1 1 ) (4den perbandingandaya saturasi 6=w (4.r2)
  • 6. 00028SZl- VSZI9 eurnlonscruo.4ca1gumlueno uI sctdol pe1cales uo leurnof AASI ..lq8ll lgg ern1ry V- {ce; ppuoq1 lzl I66I 6€- ggltella1giII TUIS ..tuoce1a1 lcedturrreql uo pue raglldurereqg ,troult{811I1y,, ( V ) rsllryC trl B)Iclsnd r8lJ8(I 9 w g = 7 ng[11dwopadop wnlqra Tnns opnd tslwsurrrtofuQ9 raqwo9 1@llwttbFrd 691 @t 6st m 6H o E 9 uto8 loKutg , nqwD7 uatsgf{aoy urgprndut a{cq 0z- 0?- *u osc tl-;..- - uu ossr! "---7- P:= - :l et( -l uu 08tl s8- ; rugp 0I- 1ndu1 e,(ep:rryEuep St8 - qelsPs OESI t6EuequrolaE rugp *" = Euefu€d tugp Z8 - I{€FpB ucp llluggtl : 1 SueqruolaE Suefuedurgp?g - rlulapBlrru 086 = 16Suequrola? Suefuedapededlsodip rlp"t* padopwftrqn {qdo }arasqe:psnusrleq 8ue,{unurqdo tdugrsuqglldulu g tagfiduto rpuerlruleletu uurptalrp padop untqra leres uEEuyqes ;$rsod qeleps u3lsgleo{ a.lzE rstpuolg;lgurrsslr$taralwnlqra uor - uor EDIrrqusp rpsspttraua p43up uudeqelepudeperaqwnlQtauo1- uor Bruuas ailrqJpe8au rcrpuo1 urqsp ualsgJeolutDg e^t1eqsslteua 1eq$pludug Fep ue1ndru1se11 S nDIs usn1ss p,{urs ueEuap rad uopqd qepun!egas uquods rsrue uoloqd nfet ue8uepue8mqnqrequsuol u?Feq mts eped uolSuepag np[B/llusnlesrad rsdrosqeeduod uopqd qepmf uu4lpfunueu (9y) ueeuesed IrBpIJptue6eq Fls cpud 16p7snlsn8y ZZ- lt, Bu8{€f uuuepetmgssrsJa^runumuorpnv (ZOOZtlfrllt6;) ualgalul uratsls uep -rapdruoy sEurpecor; 9-d
  • 7. Karakteristik Gain SeratOptik Erbium Doped Amplifier Mode Tunggal E.Desurvire,"LightwavecommunicationThe fifth generation", : ScientificAmerican,96- r03,1992- H. Cherin,"An infioduction opticalfiber", Mc Graw-Hill,New Yorlq 1983. to S. Ungar,"Fiber optios,theoryandapplications", JohnWilloy & Son,Ltd., England,1990.r| E.Desurvire, "Erbium Son,Inc., doped fiber amplifier, principles and applications",John Willey & New York, 1994.m D. A. Chapman, "Erbium doped fiber amplifier : the latest revolution in optical communications", Electronics Communications & Engineering Journal,59- 67,1994FI Th. Pfeiffer, H. Bullow, "Analytical gain equationfsr erbium doped fiber amplifiers including mode field profilesand dopantdistribution-,IEEE Phot.Tech. Lett-, Volume 4, 449- 457,1992. E.Desurvire,J.R Simpson, "Amplificationof spontaneous emissionin erbium dopedsingleItl modefiberr" IEEE Journal Lighhvave of Technology, Volume7, 835- 845, 1989.ll0l A. Bjarklev, "Optical fiber amplifrers: designand systemapplications",Artech house, London,1993.