שאלה 1: שאלה 2: שאלה 3: שאלה 4: שאלה 5: שאלה 6: שאלה 7: מעלות. בעמוד 11. (d) ומקדם על הרוחב הספקטרלי של אזור בראג,בו מתקבלת החזרה?

Transcript

1 פרק 3: שאלות הכנה א. רקע תיאורטי שאלה 1: הסבירו מדוע במגבר ארביום יש הבדל בין עקום הבליעה לעקום הפליטה. שאלה : מהו האורך של סיב הארביום בעל מקדם הבליעה של 30 db/m הדרוש לכך שהספק האופטי במוצא של הסיב יהיה שווה לחצי מההספק ההתחלתי. האם האורך הדרוש של הסיב תלוי בהספק הכניסה? הסבירו. שאלה 3: הסבירו (על סמך מקור [1]) כיצד עובד איזולטור אופטי. שאלה 4: חשבו את מקדם החזרה לעוצמה מקצה "פתוח" (לא מחובר ונמצא באוויר) של סיב אופטי בעל מקדם שבירה 1.47=n. הציעו דרכים להקטנת ההחזרה הזו. שאלה 5: הסבירו מדוע בחלק מהמחברים (מסוג (APC חותכים את הקצה של הסיב בזווית של 8 מעלות. שאלה 6: הסבירו בעמוד 11. שאלה 7: את השוני בדרישות שבין סוגי המגברים השונים כפי שמופיע בטבלה המוצגת (d) בהנחה כי סריג של מקדם שבירה מורכב משני מקטעים בעלי רוחב שווה ומקדם שבירה שונה ) n) 1, n חשבו את תנאי בראג (התדר בו כל ההחזרות יתחברו קוהרנטית). מה ישפיע על הרוחב הספקטרלי של אזור בראג,בו מתקבלת החזרה? ניתן להיעזר בפרק המתאים של מקור [1]. 15

2 שאלה 8: קבלו את הביטוים הבאים למקדם ההגבר לאות ומקדם הבליעה לשואב כתלות בעוצמות האות והשואב: γ = T α = η σ a 1+ T ' 1 ' +, ' η 1+ '( ) η + 1 σ. 1+ ' + ' '=, at, '=, at כאשר העוצמות המנורמלות ועוצמות הרוויה, at, at = hν = hv σ τ, ( σ + σ ) τ. e a מוגדרות ע"י τ =1 A 1 τ הוא זמן החיים הספונטאני של רמה : רמז: פתרו את משוואות הקצב בהנחת מצב יציב, כלומר צפיפות אוכלוסין קבועה בכל הרמות: d i dt = 0 3 בנוסף השתמשו בעובדה כי מעבר לא קרינתי מרמה לרמה הוא מהיר מאוד, לכן. A 3 >> A 31 A ו 3 >> W 31, A 3 >> W 13 אפשר להניח שמתקיים: 16

3 ב) שאלה 9: בנספח קבלנו את הביטוי הבא למקדם ההגבר: γ 1 dp ( ηp ' 1) α = P dz 1 + P ' + P ' γ γ 0 * 1 + P P, at הראו כי ניתן להציג את מקדם ההגבר בצורה הבאה: ומצאו ביטוי להספק הרוויה החדש * P,at ולמקדם ההגבר לאות קטן γ 0 (הוא אינו תלוי בהספק האות אך תלוי בהספק השאיבה). שאלה 10: רשמו את הספק המוצא של המגבר כפונקציה של הספק השאיבה בנקודה בה ההגבר הכולל יורד למחצית מערכו המקסימלי (הנקודה הזאת נקראת נקודת הרוויה של המגבר השלם). בצעו רמז: אינטגרציה של משוואת ההתפשטות לאורך האות של המגבר שמופיעה במשוואות ( סוף נספח א' (בהנחה שהשאיבה היא חזקה וקבועה לאורכו). 17

4 ב. הכנה פרקטית השאלות הבאות קריטיות לשם ניהול שוטף של הניסוי. אנא ודאו שליטתכם בתשובות להן. אם אינכם בטוחים בחלק מן התשובות, פנו אל מדריך המעבדה בתחילת הניסוי לקבלת הבהרות. יש להקפיד לקרוא את פרק 4 מהלך הניסוי לפני תחילת המענה על שאלות אלו. שאלה 1 התבוננו בשלבי הכיול המופיעים מעט לפני סעיף נניח שברצוננו לבצע כיול הדדי בין שני מכשירים אשר קריאת שניהם ליניארית ותגובת שניהם עוברת דרך הראשית (בסקלה ליניארית). א. נניח כי במדידה אחת קיבלנו קריאה של 1dm במכשיר א' ו- dbm במכשיר ב'. כעת אנו מודדים dm במכשיר א', מה הקריאה הצפויה במכשיר ב'? ב. כמה נקודות נדרש למדוד על מנת להגדיר היטב את גרף הכיול? (נקודה אחת מושגת ע"י ביצוע מדידה אחת בתנאים זהים בשני המכשירים) שאלה התבוננו בסעיף האם במוצא המגבר נפלט הסיגנל המוגבר בלבד? באיזה מכשיר כדאי למדוד את הספק הסיגנל במוצא (מד הספק אופטי, או נתח ספקטרום)? מדוע? שאלה 3 למגבר האופטי שישמש אותנו במעבדה יש כניסה ויציאה בסמוך לכל אחת מהן מוצב איזולטור המאפשר זרימת אור בכיוון הנכון בלבד. על קופסת המגבר לא מצוין איזה מבין ההדקים משמש ככניסה ואיזה ליציאה. נניח שברשותכם המגבר (השאוב) ומד הספק אופטי בלבד. (בפרט לא קיים ברשותכם מקור סיגנל.) כיצד תוכלו בניסוי פשוט לזהות איזה מבין ההדקים הינו כניסת המגבר ואיזה משמש כיציאה? שאלה 4 התבוננו בסעיף בתחילת סעיף 4.4 נגדיר מרווח תדרים המתאים לכל מדידה שבה נרצה לבחון את הסיגנל במוצא. בסעיף ברצוננו להבחין בתמונה אופטית אחרת לגמרי. העזרו בפרק וקבעו מה התחום 4.4. הספקטרלי שיש להגדיר לנתח הספקטרום בסעיף זה. 18

5 שאלה 5 תופעה מוכרת היא שכאשר בונים לייזר סביב תווך מגביר המתאפיין בהרחבה הומוגנית תתקבל פליטת אור באורך גל יחיד. לעומת זאת, אם בלייזר תווך בעל הרחבה אי הומוגנית עשויה להתקבל פליטה במספר אופנים. אבל, חשוב להבין שסוג ההרחבה הוא תכונה של התווך ולא של הלייזר. ההבדל בין סוגי ההרחבה בא לידי ביטוי באופן שבו רווית ההגבר באורך גל אחד תשפיע על ההגבר שחווים אורכי גל אחרים. אם נכניס סיגנל חזק מספיק לתווך בעל הרחבה הומוגנית, כך שההגבר עבורו יתרווה, יתרווה גם ההגבר עבור אורכי גל השונים מן הסיגנל המרווה. בתווך בעל הרחבה אי הומוגנית ההגבר באורכי גל אחרים לא יושפע כלל מרווית הגבר הסיגנל. א. נתבונן במגבר אשר מוכנס אליו סיגנל באורך גל נתון. כיצד ישתנו הפרמטרים הבאים עם הגדלת הסיגנל בכניסה בהרחבה הומוגנית? בהרחבה אי הומוגנית? 1) הספק הסיגנל במוצא המגבר. ) ההגבר שחווה הסיגנל. 3) ההגבר שחווים אורכי גל השונים מן הסיגנל. 4) הספק ה- ASE במוצא המגבר עבור אורכי גל השונים מן הסיגנל. ב. התבוננו בסעיפים ו כיצד ניתן להסיק מכל אחד מן הסעיפים האם המגבר מתאפיין בהרחבה הומוגנית או לא? אם כך, כיצד נכון לבחור את התחום הספקטרלי בנתח המתאים לסעיף 4.4.3? שאלה 6 התבוננו בסעיף א. ב. ג. מה יקרה להגבר המגבר אם נגדיל את הספק הסיגנל בכניסתו במספר db -ים עבור סיגנל המהווה "אות קטן"? "אות גדול"? כאשר נגדיל את הספק הסיגנל בכניסה ב- X, db כיצד ישתנה הספק הסיגנל במוצא עבור אות קטן? מה יהיה ההבדל בתגובת הסיגנל במוצא להגדלה כאשר בכניסה אות גדול? כיצד תוכלו לבדוק במעבדה אם ההספק המוכנס כרגע למגבר הינו "קטן" או "גדול"? שאלה 7 התבוננו בסעיף נקודת הרוויה של מגבר מוגדרת כנקודה שבה הגבר הסיגנל קטן פי (ב- (3db לעומת ההגבר לאות קטן שלו. ברשותכם מגבר אשר באפשרותכם לשלוט בעוצמת הסיגנל בכניסתו ולמדוד את עוצמת הסיגנל במוצאו. בשלב ההתחלתי אינכם יודעים מה הגבר המגבר לאות קטן ולא מה תחום ההספקים שמהווה אות קטן עבור המגבר. הגדירו מה סדר הפעולות אשר עליכם לבצע על מנת למצוא את הספק הסיגנל במוצא המגבר בנקודת הרוויה. 19

6 שאלה 8 התבוננו בסעיף א. ב. מה יקבע את הרוחב הספקטרלי של האור הנפלט מן הלייזר לפני הגעתו לסף לזירה? מה יקבע את הרוחב זה לאחר הוצאת הפילטר מן הלייזר? מה השינוי היסודי שצריך לחול בספקטרום הפליטה של הלייזר לאחר שעבר את סף הלזירה? 0

7 פרק 4: מהלך הניסוי בשני החלקים הראשונים של הניסוי נחקור את תכונותיו החשובות של המגבר האופטי המשמש במערכות לתקשורת - מגבר סיב ארביום :(EDFA) תכונות ההגברה ותכונות הרעש. לתכונות האלה השפעה מכרעת על הביצועים של מגברי ארביום במערכות לתקשורת אופטית ועל הביצועים של לייזרי סיבים. בחלק השלישי של הניסוי עליכם לבנות לייזר סיב טבעתי ולחקור את תכונותיו. אולם, לפני ביצוע הניסוי כדאי להעניק תשומת לב למספר נושאים. לשם כך הקדשנו את שלושת הסעיפים הראשונים. 4.1 עקרונות כלליים בעריכת ניסויים בסעיף זה בחרנו להדגיש שני עקרונות כלליים החשובים גם לניסוי הנוכחי. ביצוע מדידות בצפיפות משתנה כאשר מאפיינים בניסוי פונקציה אשר האופיין שלה מאוד לא ליניארי (למשל אופיין של לייזר בסביבת הסף), לעיתים קרובות ביצוע מדידות בצפיפות אחידה יגרום לאובדן רב של אינפורמציה. במקומות בהם המשתנה התלוי משתנה בצורה תלולה חשוב להגדיל את צפיפות המדידות. במילים אחרות, בהגדרת תכנית המדידה אין להסתפק בהגדרת צעד מינימאלי למשתנה הבלתי תלוי, אלא להגדיר גם צעד מינימלי למשתנה התלוי ולבחור בצפוף מבין השניים. ביצוע מדידות בפיזור לוגריתמי כאשר חלק מפרמטרי הניסוי יכולים להשתנות על פני טווח רחב של סדרי גודל חשוב לפעמים לבצע מדידות בפיזור לוגריתמי שמטרתן לכסות את כל תחום סדרי הגודל. עקרון זה חשוב במיוחד כאשר ברצוננו לאפיין תהליכי רוויה שונים. כך למשל, אם באפשרותנו לשנות פרמטר בתחום,0.001A-A פריסת נקודות המדידה בתחום 0.1A-0.9A "מכסה" את תחום המדידה בצורה נאה בהתבוננות ליניארית אך "מפספסת" שני סדרי גודל של טווח הפרמטרים. חשוב היה לבחור נקודות קרובות בהרבה לערך 0.001A על מנת לא להסתיר תהליכים אשר עלולים להופיע בסביבה זו. כיול כאשר נבצע אותה מדידה בדיוק באותם תנאים בעזרת שני מכשירי מדידה שונים סביר להניח שקריאת שני המכשירים לא תהיה זהה לחלוטין. נוסף על תהליכים אקראיים בזמן (רעש) שעלולים לגרום להבדלים כאלו, ניתן יהיה להבחין בהסחה קבועה בזמן אשר מקורה באי דיוק של המכשירים. כאשר,אם כן, בניסוי מתבצעת השוואה בין קריאה של שני מכשירים כאלו חשוב לאפיין את הסטייה ההדדית ביניהם על מנת שזו לא תטה את מסקנות הניסוי. פעולה זו נקראת כיול. לשם כיול הדדי בין שני מכשירים נדרש לבצע סדרת מדידות זהות בשניהם וליצור טבלא או נוסחה המקשרת בין קריאת מכשיר אחד לקריאה הצפויה במכשיר השני. בהמשך העבודה כדאי יהיה לתרגם את קריאות כל המכשירים לקריאה הצפויה של המכשיר המדויק מביניהם ולעשות שימוש בערכים אלו. 1

8 4. הרגלי עבודה חשובים בשימוש בסיבים אופטיים ניקוי קצוות הסיבים על מנת לאפשר חיבור וניתוק דינמי של אלמנטים אופטיים שונים, בקצוות הסיבים המחוברים למרביתם קיים מחבר מתאים. קצוות אלו יכולים להתלכלך בקלות. שימוש שותף במחברים אשר קצוותיהם מלוכלכים עלול לגרור ניחותים גדולים שאינם קבועים ולפגוע בצורה ניכרת באיכות ואמינות המדידות. מומלץ לנקות את כל הקצוות בעזרת מתקן מתאים הנמצא במעבדה לפני השימוש הראשון בכל אלמנט אופטי בניסוי. אין צורך לבצע ניקיון חוזר במהלך הניסוי אלא אם אלמנט מסויים חובר בטעות לאלמנט אחר אשר לא נוקה (ואז יש לנקות את שניהם) ניתוק וחיבור סיבים חשוכים בלבד כאשר מחברים או מנתקים מחברי סיבים עלול להיווצר מהוד רגעי בין שני קצוות הסיב הסמוכים. אם בסיבים האמורים קיים סיגנל אופטי, מהוד זה עלול לגרור הצטברות של עוצמת הארה גבוהה אשר, ביחוד בנוכחות לכלוך, עלולה לגרור התחממות ניכרת של הסיב ופגיעה תרמית בלתי הפיכה. לכן, לפני כל חיבור או ניתוק של סיב חשוב לוודא שאינו מואר. יש לכבות את כל הלייזרים המאירים אותו וכן מקורות אור אחרים כגון פליטה ספונטנית של מגברים. 4.3 מיכשור ורכיבים אופטיים נתח ספקטרום אופטי מורכב ממונוכרומאטור (נובע מהמלה monochromatic ופירושו אור בעל אורך גל(צבע) אחיד) שמורכב מגלאי אופטי, סדק, ומעגלי בקרה ותצוגה אלקטרוניים. מערכת אופטית כזאת מוצגת בשרטוט הבא:

9 החלק המרכזי של המערכת הינו סריג עקיפה. זהו לוח זכוכית עם חריצים מחזוריים דקים. חריצים אלו יוצרים מבנה מחזורי של מקדם השבירה כך שזווית הפיזור של הגל תלויה באורך הגל כפי שמתקבל במנסרה. הסיבה לאפקט זה נובעת מכיוון שהעוצמה שמתקבלת נעשית מכסימלית בכיוון שבו מתקבלת התאבכות בונה מכל ההחזרות. כיוון זה יהיה תלוי באורך הגל. מטרת סדק המוצא של המונוכרומאטור (הנמצא בכניסה לגלאי) הינה לסנן את אחד מאורכי הגל מתוך הספקטרום של האות האופטי בכניסה. ע"י הזזת הסדק או סיבוב הסריג נתן לבחור בכל פעם תדר אחר ולמדוד את עוצמתו. לפיכך, משמשת המערכת למדידת הספקטרום של הגל. מד הספק אופטי מורכב מגלאי אופטי ומעגלים אלקטרוניים למדידת אות חשמלי ולתצוגה. הגלאי האופטי הוא פוטודיודה מחומר מוליך למחצה. סוג המוליך למחצה תלוי באורך הגל שרוצים למדוד. עבור אורך גל של 1550nm משתמשים בד"כ בגלאי מסוג.nP הפוטונים שנבלעים בגלאי גורמים לזרם יחסי להספק האור. זרם זה נמדד ע"י מערכת אלקטרונית ומוצג ביחידות של הספק אופטי. השלבים העיקרים בתהליך המדידה הם הגברה של האות החשמלי, המרת הזרם למתח, המרה של האות האנלוגי לספרתי, חישוב ההספק האופטי והצגתו ע"י מיקרו-מחשב המשתמש בעקום היענות לתדר של הגלאי השמור בזיכרון. לייזר - Ditributed Feedback) DFB משוב מפולג) הינו לייזר מוליך למחצה שלוזר באופן אורכי בודד לעומת לייזר מל"מ רגיל בעל מהוד Fabry-Perot שיכול ללזור בו זמנית במספר אופנים אורכיים וסובל מחוסר יציבות ספקטראלית. תכונות אלו של לייזר ה- DFB מושגות ע"י המבנה המיוחד שלו. ללייזר מכניסים פילטר אופטי ע"י יצירת מבנה מחזורי של מקדם שבירה או אפנון של הגבר בצורה מחזורית. מבנה זה יוצר משוב מפולג לעומת משוב הממוקם במראות לייזר מסוג.Fabry-Perot ניתוח לייזר DFB מבוסס על שיטת משוואות מצומדות לאופנים הנעים בכיוונים הפוכים בתוך מוליך הגל ומפורט בספר של יריב (מקור [1]). בנספח ריכזנו דפי נתונים של רכיבים אופטיים בהם נשתמש בניסוי : olator,,connector, Circulator Couler ולייזרי מל"מ (לייזר DFB ולייזר שואב). בדפי הנתונים של הרכיבים מופיעים פרמטרים חשובים כגון:.dB זהו מקדם ההנחתה של הרכיב ביחידות של - (Forward Lo) nertion Lo - Return Lo מקדם ההחזרה של הרכיב, כלומר ההספק האופטי שחוזר מהרכיב ביחידות של dbm שווה להספק בכניסה (ב (dbm פחות מקדם ה- Lo Return (ב.(dB (Polarization Deendent Lo) PDL נותן את תלות מקדם ההעברה בקיטוב האור. כלומר, זהו השינוי המכסימלי בעוצמת המוצא (ביחידות של (db כאשר משנים את הקיטוב של האור בכניסת ההתקן. (Backward Lo) olation - ההפרש בין מקדם ההעברה בכיוון ההתקדמות למקדם ההעברה של גלים הנעים בכיוון ההפוך. 3

10 4.4 תכונות הגברה של מגבר ארביום לביצוע המדידות נחבר מקור אות אופטי בכניסת המגבר ונחבר למכשיר המדידה (מד הספק או נתח ספקטרום אופטי) את מוצא המגבר. לפני שנעבור למדידות המתייחסות לתכונותיו של המגבר שלנו, עלינו לבצע מספר כיולים. מקור האות שלנו הוא לייזר מוליך למחצה (מל"מ) מסוג (Ditributed ) DFB FeedBack (ראה פרק 3) הפולט אור סביב אורך גל של nm אורך הגל של הלייזר ניתן לכיוונן עדין (בתחום של 3 nm בערך) ע"י שינוי טמפרטורה. שינוי זה משנה את מקדם השבירה של מהוד הלייזר ולכן שינוי הטמפרטורה יכול לשמש לשליטה באורך הגל של הלייזר. במערכות לתקשורת, גורם אפקט זה לאי יציבות של תדר הערוץ ולכן יש לייצב את הטמפרטורה של הלייזר. בעזרת שינוי זרם ההזרקה ללייזר המל"מ אפשר לשלוט על עוצמת האור הנפלט. הספק האות במוצא של הלייזר (ביחידות של (mw מופיע על הצג של הלייזר. תחילה, חברו את מוצא לייזר ה- DFB לנתח הספקטרום האופטי על מנת לבדוק את ספקטרום הפליטה של הלייזר (כוונו את בקר הטמפרטורה ל 9 C ואת ההספק ל.1mW על מנת להבחין בפרטי האות האופטי יש לבחור בנתח הספקטרום האופטי מרווח אורכי גל מתאים, סקלת הספק לוגריתמית ורזולוציה ספקטרלית של.0.nm ניתן להבחין בקיום אופני צד (Sideband) חלשים. שמרו את התמונה הספקטרלית בדיסקט. הסבירו בצורה איכותית מהו הגורם לקיומם של אופני הצד ותנו הסבר כמותי למרחק (באורך גל או בתדר) ביניהם. נסו להעריך את אורך הלייזר מתוך המרווח בין האופנים. חברו את מוצא לייזר ה- DFB לכניסה מס' 1 של ה- Circulator, כאשר לכניסה מס' מחובר סריג בראג, ומדדו את הספקטרום האופטי של האות במוצא מס' 3 שלו. זהו מקור אות הכניסה שלנו. מהו השינוי בספקטרום לעומת המקרה הקודם? איזו פעולה ניתן ליחס להרכב כזה של ה- Circulator וסריג בראג? בהמשך הניסוי מקור אות הכניסה שלנו יהיה מוצא ה- Circulator. הגולמי של לייזר ה- DFB יעבור תמיד דרך ה-.Circulator המוצא לכיול מקור אות הכניסה למגבר חברו את המקור למד הספק אופטי. בחרו תחום אורכי גל בהתאם לאורך הגל של הלייזר. הסבירו מדוע יש להזין את מד ההספק בתדר האות הנמדד. הציגו את ההספק ביחידות של. dbm שנו את הספק הלייזר ע"י שליטה בהספק כך שתצוגת הלייזר תהיה בתחום.0.0-1mW מדדו את ההספק של האות והשוו להספק 4

11 של לייזר המל"מ כפי שמופיע על הצג שלו. הקפידו לבחור את צפיפות ופריסת נקודת המדידה בצורה נבונה. הציגו את המדידות בצורה גרפית והסבירו את התוצאה. כיול זה דרוש מכיוון שמד ההספק בלייזר אינו מדויק דיו. כלומר, שינוי ההספק ביחס מסוים לא יגרום להגדלת קריאת מד ההספק באותו יחס. העריכו את ההפסדים שנגרמים עקב חיבור הרכיבים האופטיים. השוו נתון זה להפסדי הרכיבים הרשומים בקטלוג המצורף Lo).(nertion הניחו כי הפסדי הסריג זניחים. רזולוציית התצוגה של הלייזר הינה.0.01mW מדוע לא היה כדאי לבחור תחום הספקים של?0.01-1mW תחום הספקי הלייזר אשר יעשה בו שימוש בהמשך הניסוי יהיה 0.0-1mW תצוגת הלייזר, לא ע"פ הכיול) (ע"פ כיול חשוב נוסף הוא מציאת התלות בין הספק השאיבה של מגבר הארביום לזרם המוזן ללייזר. הלייזר השואב הוא לייזר מל"מ בעל אורך גל של 980. nm הספק השאיבה של מגבר הארביום נקבע ע"י שליטה בזרם המסופק ללייזר השואב. חברו מד הספק למוצא Monitor Pum Power של מגבר הארביום. יציאה זאת מתקבלת ע"י העברת הגל השואב דרך מצמד (Couler) שמעביר 99% מהשואב למגבר ו 1% ליציאה האמורה. מדדו את הספק השאיבה (למעשה, זהו אחוז אחד של הספק הלייזר השואב שמסופק למגבר) כתלות בזרם ההזרקה בתחום מ 0 עד 197. ma הקפידו לבחור את צפיפות ופריסת נקודת המדידה בצורה נבונה. על תשכחו לעדכן שוב את אורך הגל במד ההספק, ולהחזיר אותו לאורך הגל של המקור בסוף סעיף זה. הציגו את התלות של הספק השאיבה בזרם בגרף. הסבירו ובטאו אותה בצורה אנליטית (כדי להשתמש בה בהמשך להצגת התוצאות). מהו זרם הסף של הלייזר? מהי הנצילות הקוונטית (שינויי הספק הלייזר כתוצאה משינויי זרם ההזרקה בנקודת עבודה מעל לסף) ביחידות של?mW/mA השוו לנתונים הרשומים בקטלוג המצורף. בנוסף למד ההספק האופטי, ברשותינו שני מכשירי מדידה נוספים אשר יכולים לבצע מדידת הספק. נתח הספקטרום האופטי יכול להציג את קריאת ההספק באורך גל ספציפי. המנחת האופטי, שישמש אותנו בסעיפים מאוחרים יותר, יכול להציג את ההספק האופטי במוצאו. כמובן שנדרש כיול הדדי גם בין מכשירים אלו. בניגוד לתצוגת לייזר ה- DFB ולקשר בין זרם השאיבה לשואב, כאן נניח ששלושת המכשירים ליניאריים ושתגובת שלושתם עוברת דרך הראשית. 5

12 בצעו כיול הדדי בין מד ההספק האופטי לקריאת ההספק של נתח הספקטרום. לשם כך חברו את מקור אות הכניסה למד ההספק, בצעו מדידה, חברו את המקור לנתח הספקטרום ומדדו את ההספק באורך הגל המתאים. בצעו כיול הדדי בין מד ההספק האופטי לקריאת ההספק במוצא המנחת המשתנה. לשם כך חברו את מקור אות הכניסה למנחת, את מוצא המנחת חברו למד ההספק והשוו את הקריאה הסימולטנית של שני המכשירים. במהלך ניתוח התוצאות, חשוב לתרגם את קריאת כל הציוד המכויל לקריאה של מד ההספק האופטי מדידת הספק המוצא וההגבר כתלות בהספק השאיבה חברו את מוצא האות לכניסת המגבר. בסעיף זה יש למדוד את הספק המוצא כתלות בהספק הגל השואב עבור שלושה ערכים של הספק האות בכניסה למגבר, המחולקים באופן שווה בין ההספק המינימלי להספק המכסימלי של מקור אות הכניסה (בחרו אותם מתוך הערכים שמדדתם בכיול של מקור אות הכניסה). תחילה, ע"י שינוי הדרגתי של הספק השאיבה, מצאו את הנקודה בה הספק המוצא שווה להספק האות בכניסה. זוהי נקודת השקיפות (הספק השאיבה עבורו הגבר שווה ל- 1 db) 0)). יש לבצע ארבע מדידות בסביבתה (שתי מדידות מתחת לסף השקיפות ושתים מעליו) ושלוש מדידות נוספות עבור הספקי שאיבה חזקים (גבוהים בהרבה מסף השקיפות ), הכוללים את ההספק המקסימלי. שימו לב בסעיף זה מופיעות בסה"כ 1 מדידות. חשבו את ההגבר והציגו התוצאות בשני גרפים נפרדים: הספק מוצא והגבר (ביחידות של (db כתלות בהספק השאיבה. אילו תופעות אפשר לזהות בגרפים האלה? תנו הסבר פיסיקלי איכותי. הציגו את התלות של נקודת השקיפות באות הכניסה בצורת גרף. הסבירו עקום הפליטה של המגבר חברו את המוצא של מגבר הארביום לנתח ספקטרום אופטי ומדדו את עקום הפליטה של המגבר ע"י מדידת הספקטרום במוצא המגבר ללא הכנסת אות (יש לכבות את לייזר ה-.(DFB וודאו כי השאיבה הנה באזור סף השקיפות. הסבירו איכותית מה מדדתם. 6

13 4.4.3 בחינה ספקטרלית של ההגברה בסעיף זה יש להפעיל את מקור אות הכניסה המחובר למגבר ולמדוד את הספקטרום במוצא עבור שתי רמות השאיבה: מעט מעל סף השקיפות ובשאיבה מקסימלית. חזרו על מדידות אלו עבור שלושה ערכים של אות הכניסה (שאותם בחרתם בסעיף 4..1). הסבירו את התוצאות המתקבלות. האם מגבר הארביום מתנהג (בטמפרטורת החדר) כמגבר בעל הרחבה הומוגנית או אי הומוגנית? מדידת ההגבר לאות קטן כתלות בהספק השאיבה חברו את המקור לכניסת המגבר באמצעות מנחת משתנה. כוונו את מקור הזרם לערכו המקסימלי ) כ-.(197mA הגדילו את ההנחתה עד לנקודה בה ההגבר אינו תלוי בעוצמת ההארה בכניסה למגבר. זהו ההגבר לאות קטן של המגבר. חזרו על המדידה עבור שני ערכים נוספים של הספק השאיבה (בחרו אותם מעל סף השקיפות) מדידת ההגבר והספק המוצא כתלות באות הכניסה הסירו את המנחת המשתנה מן המערכת. מדדו את הספק המוצא כתלות בהספק האות בכניסה עבור שלוש רמות של הספק שאיבה שונות (בחרו אותם הערכים כמו בסעיף הקודם). יש לחזור על המדידה עבור שישה ערכים של אות הכניסה, כאשר לאחר שינויי הזרם של לייזר ה- DFB יש להמתין זמן-מה על מנת לאפשר קבלת שיווי משקל תרמי. חשבו הגבר והציגו תוצאות בצורה גרפית (כאשר הספקי המוצא והכניסה הם ביחידות של dbm וההגבר הוא ביחידות של.(dB אילו תופעות מתקבלות בתוצאות שקיבלתם? תנו הסבר פיסיקלי איכותי הספק הרוויה של המגבר כתלות בהספק השאיבה על סמך המדידות שעשיתם בסעיף הקודם קבעו את נקודת הרוויה של המגבר (הספק האות בכניסה עבורו ההגבר קטן למחצית מההגבר לאות קטן). הציגו בגרף את תלות הספק המוצא בנקודת הרוויה של המגבר בהספק השאיבה. לאיזו תלות ציפיתם מבחינה תיאורטית (שאלת הכנה מס' 10)? הסבירו תוכנית סימולציה נומרית של מגבר הארביום בעזרת תוכנית סימולציה נומרית של מגבר הארביום מצאו את נקודת הרוויה של המגבר עבור אותם הספקי גל שואב כמו בסעיף הציגו בגרף את התלות של הספק המוצא בנקודת הרוויה של המגבר בהספק השאיבה. האם התוצאות הנומריות מתאימות לתיאוריה? האם התוצאות של הניסוי והסימולציה תואמות מבחינה איכותית או/ו מבחינה כמותית? הסבירו. 7

14 4.5 תכונות רעש של מגבר ארביום מדידת רמת ה- ASE כפונקציה של אות הכניסה מדדו את עוצמת רמת ה- ASE (פליטה ספונטנית מוגברת) במוצא המגבר באורך גל של כ nm בעזרת נתח ספקטרום האופטי (עבדו ביחידות (mw/nm עבור חמישה הספקי אות כניסה שונים כאשר מפעילים שאיבה מקסימלית וגם בשאיבה חלשה (אולם מעל סף השקיפות). הציגו את התוצאות על גרף שיתאר את עוצמת הרעש כתלות באות הכניסה. הסבירו מדוע משתנה עוצמת ה- ASE כאשר משנים את עוצמת אות הכניסה. הסבירו את השפעת השאיבה על עוצמת הרעש עבור אות כניסה קטן לעומת אות כניסה גדול. האם מגבר הארביום מתנהג (בטמפרטורת החדר) כמגבר בעל הרחבה הומוגנית או אי הומוגנית? הסבירו. אל תשכחו להחזיר את נתח הספקטרום ליחידות הרגילות בסוף המדידה קביעת ספרת הרחש Figure) (oie של מגבר ארביום מדדו בעזרת פונקציה מיוחדת של נתח הספקטרום האופטי את ספרת הרחש של המגבר עבור 5 ערכי שאיבה שונים מעל הסף. יש לבצע את המדידה עבור אות כניסה חלש ועבור אות בעל הספק מכסימלי. היעזרו במדריך המעבדה לביצוע המדידה הראשונה. לאיזו תוצאה תצפו בגבול של הספק שאיבה גדול מאוד עבור אות כניסה קטן? השוו להתנהגות הניסיונית שרואים בגרף שמתאר את ספרת הרחש כתלות בשאיבה. הסבירו כיצד תתכננו מגבר בעל רעש מינימלי מדידת פילטרים ע"י קרינה ספונטנית הקרינה הספונטנית הנה מקור רחב סרט ולכן ניתן להשתמש בה למדידות. בסעיף זה נמדוד את התכונות של מסנן הסיב שישמש לבניית הלייזר. חברו את מוצא המגבר לכניסה 1 של ה-,Circulator את הסריג ליציאה מספר ואת נתח הספקרום ליציאה מספר 3. התבוננו בגרף המשודך לסריג הבראג והגדירו לנתח הספקטרום תחום ספקטרלי אשר יתאים לאפיון הפילטר. בצעו מדידה של הספקטרום במוצא הפילטר ובכניסתו. חזרו על אותן הפעולות עבור סריג בראג נוסף הנמצא במעבדה. יש לחזור לסריג המקורי בשלבים הבאים של הניסוי. חשבו את עקום ההעברה של המסננים (ע"י החסרת הספקרום אחרי המסנן מהספקטרום בכניסה). מהם הפרמטרים של הפילטרים : תדר מרכזי, רוחב (המוגדר ע"י ירידת ההחזרה ל 50% מערכה המכסימלי), רמת אונות הצד וההנחתה בפס המעבר. 8

15 4.6 לייזר סיב ותכונותיו בחלק הזה של הניסוי עליכם לבנות לייזר סיב טבעתי ולחקור תכונות שלו. חברו בטור את הרכיבים הבסיסיים הבאים (ראו ציור מס' 6) : מגבר ארביום, מנחת משתנה, מסנן אופטי ומפצל מוצא. הכניסה למפצל המוצא מסומנת ע"י "nut" ושתי היציאות מסומנות בעזרת " X "Outut ו" Outut (X-1)" בהתאם, כאשר X שווה לכ כאשר מחברים הספק P לכניסת מפצל אות ההספק מתחלק בין היציאות, כך שהספק בעצמה X*P יוצא ביציאה המתאימה והספק (1-X)*P ליציאה האחרת ההתנהגות הספקטרלית סביב סף הלזירה וחשיבותו של מסנן אופטי חברו את מוצא הלייזר שהרכבתם לנתח ספקטרום אופטי. למדידה בחרו תחום רחב של אורכי גל (רוחב של 40, nm סביב אורך גל של 1545). nm תחום זה מתאים לספקטרום הפליטה של סיב ארביום (ציור מס' 3). העלו בהדרגה את הספק השאיבה. תארו והסבירו את השינויים המתקבלים בצורת הספקטרום הנמדד. כיצד תוכלו לזהות מתי הלייזר לוזר? לאחר שזיהיתם את סף הלזירה בקשו ממדריך המעבדה לאשר את אבחנתכם לפני שתבצעו מדידה כלשהי. מדדו ושמרו בדיסקט (בצורת נתונים) את הספקטרום במוצא הלייזר עבור הספק שאיבה מקסימלי וסביב סף הלזירה (לפני ואחרי סף הלזירה). מדדו מהו הרוחב של הקו הספקטרלי של הלייזר (הרבה מעל הסף). הסבירו מה לדעתכם קובע רוחב הקו של הלייזר (זכרו כי הרזולוציה של נתח הספקטרום שלנו היא 0.). nm הוציאו את המסנן האופטי מתוך המהוד וחזרו על מדידות הקודמות. הצביעו על השוני העקרוני שקיבלתם בצורות הספקטרום לפני ואחרי סף הלזירה לעומת המקרה הקודם. מהו אורך הגל המרכזי של הלייזר? הסבירו את תפקידו של מסנן אופטי בלייזר. מהן הדרישות מהמסנן? מדידת אופיין הספק מוצא / הספק השאיבה וניתוח תכונות הלייזר כתלות 4.6. בהפסדים הפנימיים ויחס הצימוד במוצא מדדו את תלות הספק המוצא (בעזרת מד הספק אופטי ולא נתח ספקטרום) כנגד הספק השאיבה עבור לייזר בעל הפסדים פנימיים קטנים (ללא מנחת). בחרו את פריסת וצפיפות נקודות המדידה בצורה נבונה. חזרו על המדידה עבור ערך נוסף של יחס הצימוד של מצמד המוצא. חזרו על המדידות הקודמות עבור לייזר בעל הפסדים פנימיים גדולים (כ-.(dB 5 ניתן להגדיל את הפסדים הפנימיים של מהוד הלייזר ע"י הכנסת מנחת מתאים אל תוך החוג. הציגו את תלות הספק המוצא בהספק השאיבה כאשר ההספקים נמדדים ביחידות של.mW 9

16 הסבירו כיצד מתנהג סף הלזירה ושיפוע הספק המוצא כתלות בשאיבה כאשר משנים את יחס הצימוד במוצא. הסבירו את התוצאות. כיצד משפיע המנחת על התוצאה הקודמת. חשבו את נצילות הלייזר (הספק מוצא אופטי חלקי הספק שואב אופטי) עבור נקודת העבודה בה הספק השאיבה הוא מקסימלי בארבעת המקרים. הסבירו את התוצאות. מהי הנצילות המקסימלית התיאורטית? מתוך התוצאות שמדדתם העריכו את ההפסדים הכוללים במהוד עבור ארבעת המצבים הקודמים. 30

17 נספח א': מודל למגבר ארביום כאשר תווך מגביר בעל 3 רמות אידיאלי והומוגני ניתן לתיאור ע"י משוואות הקצב הבאות: d dt d dt d dt 1 3 = A = A 1 3 = A W A 3 W הם קצבי מעבר לבליעה ופליטה מאולצים עבור אות ושואב בהתאם W 13 W W W 31 1 W + W A W, A 31,W1, W31 ו 13 W 3 1, 1. j i הם קצבי מעברים (ספונטניים ולא קרינתיים) מרמה לרמה היא רמת היסוד. A ij השאיבה הנה מרמה 1 לרמה 3. - T + = T בנוסף מתקיים חוק שימור אוכלוסין : צפיפות יוני ארביום.,כאשר הוא ההתפשטות של אות כניסה אופטי ושואב לאורך סיב ארביום מתוארת (בהזנחת השפעת הקרינה הספונטנית על הרוויה) ע"י המשוואות הבאות: ו כאשר הם עוצמות האות והשואב בהתאמה (הספק ליחידת שטח), γו α ההגבר לאות והבליעה לשואב (ליחידת אורך): הם מקדמי d dz d dz = γ +, = α ont γ = ( W α = ( W W W 1 31 ) hν 1 3 ) hν, כאשר.Plank הוא קבוע של h הם התדרים של האות והשואב בהתאמה, ו ν νו ont הוא ההספק של הקרינה הספונטנית המתאים לאופן ההתפשטות של הסיב. איבר זה יוזנח בחישובים להלן ויילקח בחשבון רק בסימולציה הנומרית. 31

18 מכיוון שבמגבר ארביום הרוחב האפקטיבי של הרמות רחב מאוד, התלויות הספקטרלית של עקומי הבליעה והפליטה מורכבות ושונות זאת מזאת. לכן נהוג לבטא את מקדם הגברה בעזרת חתכי הפעולה: γ ( λ) = σ ( λ) e σ a ( λ) 1 - σ a, σ e שטח). הם חתכי הפעולה לפליטה ובליעה מאולצות בהתאמה צריך להדגיש שהביטוי למקדם ההגבר המופיע בספרו של יריב [1] : (לחתך הפעולה יחידות של γ = σ ( λ)( 1 g g 1 ) כאשר γ ( λ) = σ e( λ)( 1 η( λ)) g, g 1 הם מקדמי הניוון לרמות התחתונה והעליונה בהתאם, אינו נכון ליוני ארביום בתוך זכוכית. כמו שראינו קודם, בציור מס' 3, לסיב ארביום ספקטרום פליטה וספקטרום בליעה שונים. כלומר חתכי הפעולה לבליעה ופליטה מאולצות אינם זהים כתלות באורך הגל וביטוי נכון יותר הוא : η ( λ) = σ ( λ) כאשר λ) σ ( e a עבור אותן צפיפויות אוכלוסין הוא יחס חתכי הפעולה ומבטא, 1 את יעילות ההגברה., η גדול יותר מאפשר להגיע להגברה חזקה יותר. כלומר, כדי לקבל ביטוי אנליטי למקדם ההגבר לאות ומקדם הבליעה לשואב כתלות בעוצמות האות והשואב צריך לפתור את משוואות הקצב. זאת מערכת משוואות דיפרנציאליות. לקבלת פתרון אנליטי נניח מצב יציב, כלומר צפיפות אוכלוסין קבועה בכל הרמות: נשתמש בעובדה כי שמתקיים: המעבר הלא קרינתי מרמה. d i בנוסף dt = 0 לרמה 3 A 3 >> A 31 A ו 3 >> W 31, A 3 >> W 13 הוא מהיר מאוד, לכן אפשר להניח. עבור שתי הנחות הללו מתקבל: γ = T η σ a 1 + ' 1 ' +, ' η 1 + '( ) η + 1 α = Tσ. 1 + ' + ' 3

19 '=, at, '=, at כאשר עברנו לעוצמות מנורמלות המוגדרות ע"י ביחס לעוצמות הרוויה, at, at = hν = hv σ τ, ( σ + σ ) τ. e a τ =1 A 1 כאשר τ הוא זמן החיים הספונטאני של רמה : משוואות התפשטות עבור ההספקים של האות והשואב הם: dp dz dp dz ( ηp ' 1) α P = 1 + P ' + P ' η (1 + P ') α P η + 1 =. 1 + P ' + P ', ( ) P, at = a, at P ' P כאשר ' ו ו הם הספקים מנורמלים להספקי הרוויה הנתונים ע"י a ו a,כאשר הם שטחי החתך האפקטיבי של השואב והאות בהתאמה..α = σ T α = σ ו a T P, at = a, at מקדמי הבליעה לאות ולשואב קטנים מוגדרים ע"י משוואות ( ) אלה קובעות את ההשתנות של אות הכניסה לאורך מגבר ארביום ומהוות בסיס לחקר תכונות הגברה, גם לאות כניסה קטן וגם לאות גדול. התוצאות המתקבלות על סמך משוואות אלה הן בהתאמה טובה עם הניסויים, כל עוד אפשר להזניח את התרומה של פליטה ניתן להוסיף אפקט זה למשוואות כפי שנעשה (ASE) לרווית מגבר. ספונטאנית מוגברת בסימולציה הנומרית. 33

20 ע( נספח ב': מודל ללייזר סיב טבעתי המטרה של הפיתוח הינה לקבל ביטוי להספק המוצא של הלייזר כתלות בהגבר לאות,יחס הצימוד של המפצל במוצא והספק המהוד ההפסדים הפנימיים של המגבר, קטן של השאיבה. כמודל מופשט ללייזר סיב טבעתי נניח שהלייזר מורכב משלושה חלקים עיקריים: מגבר (סיב ארביום), מצמד מוצא וחלק המרכז את ההפסדים הפנימיים במהוד. Erbium Fiber: gain nternal lo Outut Couler אינטגרציה של משוואת התפשטות ( ) לאורכו) מביאה לביטוי הבא: של האות לאורך מגבר (בהנחת שאיבה קבועה P ( l) ln( P ( z = ) 0) P ( l) P ( z = 0) + = γ 0l * P, at P ( z = 0) כאשר l הוא האורך של סיב הארביום, (l) ו P הם הספקי האות בכניסה ובמוצא של מגבר בהתאם. מקדם הגבר לאות קטן γ 0 והספק רוויה נתונים ע"י: γ α ( ηp P 0 *, at = P, at ' 1) (1 + P (1 + P מצד שני, הספק האות בכניסה למגבר הינו החלק של האות שמצומד חזרה אל המהוד P o : L i '). '), T), 0 לאחר צבירת הפסדים "י מצמד בעל יחס צימוד ( z = 0) = P ( l)(1 T0 P ) L i לכן הספק המוצא של לייזר סיב טבעתי : * To P, at = P ( l) T = ( γ o ( ν ) l + ln[ Li (1 T 1 L (1 T ) 0 o i o ממשוואה זאת ניתן לחלץ את הצימוד האופטימלי של המצמד (כפי שמתואר במקור [1]). הנוסחה תשמש לניתוח והבנת תוצאות הניסוי. )]) 34

21 נספח ג': ספרת הרחש Figure) (oie של מגברים אופטיים תכונות הרעש של מגבר הארביום קרובות לאלה של מגבר אידיאלי. אולם כל מגבר חייב להוסיף לאות המוגבר רעש שמתבטא בתנודות אקראיות (ובלתי רצויות) של ההספק האופטי. רעש זה מצטבר לאורך מערכת התקשורת (שיכולה להכיל מספר רב של מגברים) ועלול לגר ם,ו בסופו של דבר, לשגיאות בקליטה. לכן, חשוב מאוד להבין את תכונות הרעש של מגברים אופטיים ולאפיין אותן בצורה כמותית. אחד המאפיינים החשובים של רעש שנוצר (ונוסף לאות במוצא) במגבר הוא ספרת הרחש שלו, המוגדרת ביחידות של db ע"י SR F = 10log10 ( SR in out ) SR in(out) כאשר הם יחסי אות לרעש בכניסה ובמוצא של המגבר בהתאמה. כלומר, ספרת הרחש מבטאת ירידה ביחס אות לרעש (ירידה באיכות של סיגנל) כתוצאה מהעברת האות דרך מגבר. תזכורת: יחס אות לרעש מוגדר ע"י: כאשר i = R ig P ig הוא הזרם שמיוצר ע"י האות ו i n ) הרעש, של הזרם הוא במוצא בגלאי. בהנחה שלרעש בכניסה לגלאי יש עוצמה בעלת צפיפות ספקטרלית (הספק ממוצע ליחידת תדר) ( f S ייווצר לאחר הגלאי זרם בעל סטיית תקן: Be כאשר B e הוא רוחב הסרט האפקטיבי של הגלאי. מכיוון שלגלאי יש רוחב סרט מוגבל הקטן בד"כ בהרבה מרוחב הסרט של הרעש האופטי, הספק הרעש לאחר הגלאי יהיה אך ורק ההספק של הרעש האופטי בתדרים הנמוכים. R = ηq hν הוא מקדם ההמרה של הגלאי מאות אופטי לאות חשמלי (ביחידות של (A/W ו- η היא הנצילות הקוונטית שמוגדרת כהסתברות של פוטון להיבלע וליצור זוג אלקטרון חור. - hν אנרגית פוטון ו נהוג להגדיר ולחשב לעיתים את ספרת הרחש - q מטען אלקטרון. עבור אות כניסה שלא התווסף לו רעש חיצוני. לאות זה יש עדיין רעש קוונטי שנובע כתוצאה מכך שלפוטונים יש אנרגיה סופית וזמן ההגעה שלהם לא ידוע במדויק (תהליך פואסוני) ולכן האנרגיה האופטית משתנה בקפיצות (השוות לאנרגית פוטון בודד) דבר הגורם אף לקפיצות זרם או רעש בגלאי. רעש זה נקרא -.Shot-oie אות כזה נקרא.Shot-oie-Limited S = ηhν hot P ot למגבר שווה: כאשר SR < i ig = < in > > < in >= R S ( f ) df לרעש הקוונטי במוצא הגלאי יש צפיפות ספקטרלית: P ot הוא ההספק של הגל האופטי. לפיכך יחס האות לרעש בכניסה 35

22 בפילוג פואסון סטיית התקן שווה לממוצע. לפיכך ככל שהאות גדל ההספק החשמלי של האות בגלאי גדל לפי ריבוע העוצמה של האות האופטי בעוד שהרעש גדל על פי עוצמת האות. לפיכך יחס האות לרעש שנובע מרעש Shot oie משתפר ככל שעוצמת האות גדלה. לרעש העוצמה שנוסף לאות במוצא המגבר יש אף מקורות נוספים בנוסף לרעשים הקוונטים, כגון קרינה ספונטנית מוגברת במגברים. החזרות מרובות מרכיבים שונים בתוך מגבר הינן חלשות יחסית אולם החזרות אלו גורמות לרעש עוצמה חשוב נוסף שנקרא MP noie nterference).(multipath מכיוון שהגלאי מושפע מעוצמת האות האופטי ולא מהשדה נוצרים רעשים עקב התאבכות האות והרעש Signal-Sontaneou Beat oie עם עצמו.Sontaneou-Sontaneou Beat oie החזק גורמת באופן אפקטיבי לחיזוק הרעש הרעש ושל האות). ועקב התאבכות הרעש ההתאבכות של הרעש החלש עם האות (עוצמת ההתאבכות יחסית למכפלת השדות של כשמחשבים את יחס האות לרעש עבור מגבר אופטי בעל מקדם הגבר הרעש הקוונטי של האות המוגבר שהוא בעל צפיפות הספק ולקרוא להם הספקטראלית ונתח G S = hν hot GP in.( S e מקבלים ) Exce oie - S e תוצאה זאת מהווה בסיס למדידת ספרת הרחש. ספקטרום חשמלי צריך להשתמש בשיטת מדידה חשמלית.(ESA) שיטה פחות מדויקת, מדידה אופטית בעזרת נתח ספקטרום אופטי להערכה מדויקת של (אופטו-אלקטרונית) נהוג להפריד את משאר הרעשים הצפיפות בעזרת גלאי אך פשוטה בהרבה למימוש היא שיטה.(OSA) השיטה מבוססת על ההנחה שתרומת ה - S Signal-Sontaneou Beat oie היא הדומיננטית, כלומר כאשר e = Sig = 4ρ ASE GP in ρ ASE היא הצפיפות הספקטראלית של ה- ASE במוצא המגבר (במצב קיטוב זהה לזה של האות המוגבר). בנוסף מניחים כי ספרת הרחש מוגדרת עבור גלאי אידיאלי עם נצילות קוונטית. η = 1 לכן, הערכה של ספרת הרעש ניתנת ע"י נתח הספקטרום F ρ 1 = 10log10 ( ASE ) hνg + G e האופטי מאפשר SR in ηpin = hνb G P SRout = 1 Be e in ( S + η S ) hot באופן אוטומטי את למדוד כל שלושת הפרמטרים בנוסחה זו (צפיפות ספקטראלית של ה- ASE, הגבר ואורך גל מרכזי) ולחשב את ספרת הרחש 36

23 שמייצגת למעשה ביצועים אופטימליים של מגבר. הערך של ספרת הרעש נע בד"כ בין 4dB ל-.7dB 37

24 נספח ד': תפעול מכשיר ה- Analyzer Sectrum כיצד ניתן לשלוט בציר y של המכשיר? השליטה בציר y מתבצעת במסך :Mea. Level Scale - הסחה של הסקאלה מעלה ומטה מתבצעת ע"י כפתור.Ref Level לפעמים נוח יותר ללחוץ על כפתור Peak Ref. Level המציב באופן אוטומטי את הקריאה הגבוהה ביותר קרוב ל"תקרת" המסך. - מעבר בין סקאלה לוגריתמית וליניארית מתבצע ע"י כפתורים Log Scale ו- Linear Scale בהתאמה. - לאחר לחיצה על אחד מכפתורי Log\Linear Scale ניתן לקבוע גם את הסקאלה עצמה (כלומר ביצוע (Zoom n\out בעזרת הגלגלת. - מעבר מסקאלה אבסולוטית וסקאלה המכויילת לרוחב הספקטרלי שעליו התבצעה אינטגרציה (כלומר מעבר מיחידות מסוג dbm או Watt ויחידות כגון dbm/nm או (Watt/nm מתבצעת ע"י כפתור.More Main SCL כיצד ניתן לשלוט בציר x של המכשיר? השליטה בציר x מתבצעת במסך :Mea. WL/Freq. Scale - הסחה של הסקאלה ימינה ושמאלה מתבצעת ע"י כפתור.Center Wavelength לפעמים נוח יותר ללחוץ על כפתור Peak Center המציב באופן אוטומטי את הקריאה הגבוהה ביותר במרכז. - שינוי הסקאלה, או הרוחב הספקטרלי עליו משתרעת המדידה, מתבצע ע"י כפתור.San - מעבר בין יחידות של תדר ויחידות של אורך גל מתבצע ע"י כפתור.Hozn SCL מה עוד חשוב לקבוע בתחילת העבודה? - את רזולוציית המדידה (או רוחב הפילטרים בהם מתבצע שימוש) ניתן לקבוע דרך Mea..0.nm בכל ניסוי זה מומלץ לעבוד ברזולוציה של.Setu Reoln - את הרגישות ניתן לבחור דרך.Mea. Setu Senitivity בדר"כ כדאי לעבוד במצב,orm Auto חשוב מאוד לחזור למצב זה אם נראה שתהליך המדידה של המכשיר גוזל זמן ארוך מדי. אם נראה שהמדידה "רועשת" מדי (הגרף נראה מורכב מפס שחור ורחב במקום קו) אפשר לעבור ל-.High1 אפשרות זו מגדילה את זמן המדידה על מנת להקטין את הרעש. 38

25 מה עושים כשהתצוגה לא מתעדכנת\התצוגה מתעדכנת כל הזמן ומפריעה לעבודה? ניגשים למסך :Mea. Swee - כפתור Sto/Single מאפשר לבצע מדידה אחת ולהפסיק את עדכון התצוגה. זהו אופן העבודה השימושי במרבית חלקי הניסוי. - כאשר חשוב לעקוב אחרי תגובה רציפה של המערכת לשינויים לשם בחירת נקודה אופטימלית שימושי ללחוץ על כפתור Reeat המבצע מדידות ועדכון באופן חוזר ונשנה. כיצד מציגים את קריאת המכשיר באורך גל ספציפי? ישנן שתי דרכים חשובות: - דרך Dilay Analyi Peak מציגים באופן דינמי את הקריאה הגבוהה ביותר שהתקבלה. אורך הגל יעקוב אחר מיקום השיא. - דרך Dilay Marker ניתן להציב סמנים נייחים באורך גל מוגדר. הצבתם מתבצעת ע"י הגלגלת וכפתור.Set מחיקתם מתבצעת ע"י הכפתורים.Clear/All Clear כיצד שומרים את תצוגת המכשיר לדיסקט? ע"י מסך :File Save - ניתן לקבוע את סוג הקובץ בעזרת האופציה.File Tye אם רוצים לשמור את הנתונים באופן גולמי ניתן לשמור כסוג.txt אם רוצים לשמור באופן גרפי ניתן לבחור ב-.tif - המכשיר קובע את ה- Filename כמספר ומעלה מספר זה בכל שמירה עוקבת. מומלץ לקבוע את המספר ההתחלתי ע"י אפשרות File umber ולרשום בצד מה הוזן לתוך כל אחד מן הקבצים הממוספרים. מומלץ לפרמט את הדיסקט לפני תחילת השימוש. לאחר השמירה הראשונה כדאי לוודא שניתן לקרוא אותה במחשב הסמוך. כיצד מציגים מספר גרפים שונים באופן סימולטני על המכשיר? מסך Dilay Trace ABC מאפשר לנהל עד שלושה גרפים כאלו: - כפתור Fix/Write X מאפשר לקבוע האם גרף X יתעדכן ע"י המדידה הקרובה או ישמור על צורתו המקורית. - כפתור Di/Blank X קובע האם גרף X יוצג על המסך או יוסתר מן התצוגה. - כפתור Active A/B/C קובע האם X בכפתורי הבקרה האחרונים יהיה B A, או C. כיצד מתבצעת המדידה האוטומטית של ספרת הרחש? דרך מסך.Dilay Analyi EDFA F 39