Modellierung und Messtechnik von Ultrakurzimpuls-Raman-Faserverstärkern (PDF)

Die hier vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung und Messtechnik von Raman-Faserverstärkern. Dabei wird ausgehend vom Verstärkungsverhalten bei Dauerstrichbetrieb, über den Impulsbetrieb, der Einsatz bei der Übertragung von ultrakurzen Impulsen im Subpikosekunden-Bereich beschrieben. Dazu werden zuerst die Modelle für den Dauerstrichbetrieb entwickelt und entsprechende Lösungsalgorithmen vorgestellt und implementiert. Die Gültigkeit der Modelle und die Korrektheit der Implementierung werden dann durch Vergleiche mit praktischen Messungen und Ergebnissen aus der Literatur verifiziert.
Zur Bestimmung des Verhaltens bei der Übertragung ultrakurzer Impulse wurde eine Modellerweiterung zu dem sogenannten quasi-WDM-Modell (WDM: Wellenlängen-multiplex) vorgenommen, welches auf einer Kombination aus nichtlinearer Schrödinger-Gleichung und den Modellen für die Raman-Verstärkung bei Dauerstrichbetrieb basiert. Die Simulationsergebnisse der implementierten Modellerweiterung zeigen für die Impulspropagation im linearen Übertragungsbereich einer Einmodenfaser mit der Unterschreitung der Pikosekunden-Grenze in der Halbwertsbreite des Impulses Einflüsse der spektral verteilten Verstärkung beim Raman-Faserverstärker im monochromatischen Pumpfeld. Basierend auf den numerisch berechneten Daten des quasi-WDM-Modells empfiehlt es sich, im Maximum des Raman-Verstärkungsspektrums zu übertragen, um Verschiebungen und Deformationen des Impulsspektrums möglichst gering zu halten.
Die messtechnische Untersuchung der Propagation ultrakurzer Impulse in passiven sowie aktiven Einmodenfasern lassen aufgrund der in der Arbeit erläuterten experimentellen Gegebenheiten nur qualitative Aussagen zu. Die Ausbreitung in rein passiven Faserstrecken zeigen im Einklang mit dem theoretischen Modell verschiedene lineare und nichtlineare Auswirkungen auf die Signalform sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich. Bei der aktiven Propagation der ultrakurzen Impulse im Raman-Faserverstärker konnte aufgrund der zu geringen Raman-Verstärkung kein direkter Einfluss einer spektral verteilten Verstärkung auf die Signalform festgestellt werden. Indirekte Änderungen im Signalspektrum aufgrund der SPM jedoch konnten mit dem quasi-WDM-Modell auf die durch den äusseren Raman-Effekt hervorgerufene Signalleistungserhöhung zurückgeführt werden.