Merjenje polarizacijske rodovne disperzije v optičnih vlaknih, dopiranih z erbijem

RADAKOVIĆ, KATARINA (avtor), Batagelj, Boštjan (mentor), Lavrič, Andrej (komentor)

Magistrsko delo obravnava merjenje polarizacijske rodovne disperzije (angl. Polarization Mode Dispersion – PMD) prvega reda in njene vzporedne komponente drugega reda, polarizacijsko odvisne barvne disperzije (angl. Polarization-Dependent Chromatic Dispersion – PCD), v optičnih vlaknih, dopiranih z erbijevimi ioni (angl. Erbium-Doped Fiber – EDF). Erbijeva absorpcijska resonanca pri valovni dolžini okrog 1530 nm močno poslabša razmerje signal-šum in s tem otežuje zanesljive meritve v telekomunikacijskem pasu C, zato so meritve izvedene v dveh spektralnih oknih zunaj absorpcijskega območja: v O-pasu (od 1240 nm do 1400 nm) in razširjenem L-pasu (od 1570 nm do 1715 nm). Uporabljena je metoda skeniranja valovnih dolžin s fiksnim analizatorjem, dopolnjena s cikličnim skeniranjem, pri katerem avtomatizirani polarizacijski krmilnik pred vsakim od 100 merilnih ciklov nastavi novo naključno vhodno polarizacijsko stanje. Karakterizirani so trije vzorci EDF dolžin 10 m, 20 m in 30 m. Za meritve v O-pasu je bil v laboratoriju zasnovan in izdelan namenski širokopasovni vir na osnovi superluminiscentne svetleče diode (angl. Superluminescent Diode – SLED), ki vključuje precizni tokovni vir ter sistem temperaturne stabilizacije s tokovnim zrcalom za napajanje termistorja, bipolarnim tokovnim virom za termoelektrični hladilnik in proporcionalno-integracijskim krmilnikom. Zajem in obdelava podatkov sta v celoti avtomatizirana v okolju Python: od krmiljenja polarizacijskega krmilnika in analizatorja optičnega spektra do glajenja spektrov, samodejnega izbora praga za zaznavanje ekstremov z algoritmom stabilnega platoja in izračuna končnih vrednosti PMD s prilagodljivim številom podpasov. Izmerjena povprečna razlika skupinske zakasnitve (angl. Differential Group Delay – DGD) znaša od 0,175 do 0,541 ps v O-pasu in od 0,264 do 0,820 ps v razširjenem L-pasu, pripadajoči koeficient PMD pa od 1,75 do 3,12 oziroma od 2,64 do 4,73 ps/√km. Vrednost PCD_rms narašča z dolžino vlakna in je v razširjenem L-pasu dosledno višja kot v O-pasu, kar odraža naraščanje dvolomnosti z valovno dolžino v močno dopiranih vlaknih. Osrednja ugotovitev dela je, da je DGD v razširjenem L-pasu uspešno napovedan iz meritev v O-pasu z linearno Taylorjevo ekstrapolacijo na osnovi izmerjenega naklona PCD. Čeprav takšen približek prvega reda zanemari vplive disperzije višjih redov preko širokega spektralnega presledka, se izkaže kot ustrezna inženirska ocena, saj je ujemanje z neposredno meritvijo znotraj 6 % za vse tri dolžine.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: polarizacijska rodovna disperzija, razlika skupinske zakasnitve, polarizacijsko odvisna barvna disperzija, z erbijem dopirana vlakna, metoda fiksnega analizatorja, ciklično skeniranje, medpasovna ekstrapolacija
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FE - Fakulteta za elektrotehniko
• Leto izida: 2026
• PID: 20.500.12556/RUL-184141
• COBISS.SI-ID: 285796611
• Datum objave v RUL: 30.06.2026

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Measurement of Polarization Mode Dispersion in Erbium-Doped Optical Fibers

Izvleček

This master's thesis addresses the measurement of first-order polarisation mode dispersion (PMD) and its parallel second-order component, polarisation-dependent chromatic dispersion (PCD), in passive erbium-doped optical fibres (EDF). The erbium absorption resonance around 1530 nm severely degrades the signal-to-noise ratio, precluding reliable measurements in the telecommunication C-band, so the measurements are performed in two spectral windows outside the absorption region: the O-band (1240 to 1400 nm) and the extended L-band (1570 to 1715 nm). The wavelength-scanning fixed-analyser method is used, extended by cyclic scanning in which an automated polarisation controller sets a new random input polarisation state before each of the 100 measurement cycles. Three EDF samples of 10 m, 20 m and 30 m length are characterised. For the O-band measurements, a dedicated broadband source based on a superluminescent diode (SLED) was designed and built in the laboratory, comprising a precision current source and a temperature stabilisation system with a current mirror supplying the internal thermistor, a bipolar current driver for the thermoelectric cooler, and a proportional-integral controller. Data acquisition and processing are fully automated in Python, from controlling the polarisation controller and the optical spectrum analyser to spectrum smoothing, automatic threshold selection for extrema detection using a stable-plateau algorithm, and the computation of final PMD values with an adaptive number of sub-bands. The measured mean differential group delay (DGD) ranges from 0.175 to 0.541 ps in the O-band and from 0.264 to 0.820 ps in the extended L-band, with the corresponding PMD coefficient ranging from 1.75 to 3.12 and from 2.64 to 4.73 ps/√km, respectively. The PCD_rms value grows with fibre length and is consistently higher in the extended L-band, reflecting the increase of birefringence with wavelength in heavily doped fibres. The central finding of the thesis is that the DGD in the extended L-band was successfully predicted from O-band measurements by first-order Taylor extrapolation based on the measured PCD slope. Although this first-order approximation neglects higher-order dispersion effects across a wide spectral gap, it proves to be a valid engineering heuristic, with agreement with direct measurement remaining within 6 % for all three lengths.

• Ključne besede: polarisation mode dispersion, differential group delay, polarisation-dependent chromatic dispersion, erbium-doped fibre, fixed-analyser method, cyclic scanning, cross-band extrapolation