بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله به شبیهسازی و آنالیز عمکرد یک لیزر SG-DBR و ویژگیهای آن به روش ماتریس انتقال پرداخته شده است. با در نظر گرفتن قسمتهای مختلف این لیزر توریهای نمونه برداری شده آن به عنوان آینههای جلویی و عقبی طراحی شده است. یک لیزر SG-DBR با طول موج قابل تنظیم در این کار معرفی شده است. با استفاده از نرم افزار متلب کدهای مربوط به روش ماتریس انتقال برای محاسبهی مشخصات خروجی و طراحی این لیزرها نوشته شده است.
طراحی آینه ها با استفاده از ساختارهای توری نمونه برداری شده صورت گرفته و انعکاس برای آنها محاسبه گردیده است. با استفاده از این نرمافزار انعکاس آینهها و محاسبه طول موج لیزش بدست آمده و شرایط لازم برای تنظیمپذیری طولموج لیزش معرفی گردیده است. به عنوان مثال برای طولموجهای 1/52 و 1/55 میکرومتر ساختار لیزر معرفی شده و تنظیمپذیر بودن آن در این طولموج نشان داده شده است.
-1 مقدمه
نتیجه رشد فزایندهی تقاضا برای ظرفیتهای زیاد در سیستمهای انتقال نوری، افزایش تعداد طول موجهای مورد استفاده در این سیستمهاست - Borella et al, 1997 - و این امر، تکنولوژی لیزرهای تنظیم پذیر را به عنوان یک سازوکار بسیار مناسب برای شبکه های تمام نوری مطرح میکند چرا که در این صورت یک لیزر توانایی تولید چند طول موج را خواهد داشت. اینک فرستندههای تک طول موجی که در سالهای قبل استفاده میشدند با فرستندههای تنظیمپذیری که چندین طول موج را در اختیار ما قرار میدهند جایگزین میشوند. با استفاده از لیزرهای تنظیمپذیر، ضمن داشتن قابلیت انعطاف و صرفهجویی در هزینهها، کارآیی بهتری حاصل میشود.
یکی از روشهای ایجاد ساختارهای لیزر با محدود تنظیم وسیع، استفاده از یک فیلتر خارجی تنظیمپذیر به جای یکی از دیوارههای آینهایِ لیزر است. برای این کار باید یکی از دیوارههای دیود لیزر فابری پروت1 را با مادهای ضد انعکاس - AR - پوشش داده و یکی از انواع فیلترهای تنظیمپذیر را در مجاورت ناحیه فعال لیزر قرار داد. این نوع لیزرها تحت عنوان لیزرهای با کاواک خارجی شناخته میشوند. پوشش ضد انعکاس مانع از این میشود که لیزر در مدی که به وسیله دیوارهها تعیین میشود کار کند و این منعکس کنند خارجی است که مد را تعیین میکند . لیزرهای با کاواک خارجی توانایی فراهم کردن خلوص طیفی بسیار مناسب، توان خروجی زیاد و محدود تنظیم بزرگ را دارند. به علاوه، این لیزرها پایداری فرکانسی خیلی خوبی دارند.
-2 لیزرهای SG-DBR و خواص منحصر به فرد آنها
لیزر SG-DBR - Sample Grating Distributed Bragg Reflector - با توری نمونه برداری شده از زمرهی لیزرهای تنظیم پذیر با محدود تنظیم زیاد هستند. لیزرهای SG-DBR تنها لیزرهایی هستند که مشخصات اصلی مورد نظر در شبکههای 2 DWDM با توان خروجی زیاد - بزرگتر از 10 میلی وات - ، محدود تنظیم وسیع - بیش از 32 نانومتر - ، تنظیم سریع طول موج - در مدت زمان کمتر از 10 نانوثانیه - و تولید در حجم زیاد را که همگی از اهمیت خاصی برخوردارند، به طور همزمان محقق میسازند - . - Sarlet et al, 1999 در شکل1 یک لیزر با توری نمونه برداری شده نمایش داده شده است.
این لیزر از چهار قسمت یعنی آینه جلویی، آینه عقبی، قسمت بهره و قسمت فاز تشکیل میشود - . - Liijeberg et al, 2002 به سبب ساختار آینههاست که به این لیزر عنوان "توری نمونه برداری شده" اطلاق میشود. آینه DBR معمولی از توری پیوسته که طیف بازتاب باریکی دارد و برای انتخاب کانال مورد نظر استفاده میشود تشکیل شده است. با چنین آینهای میتوان تنظیم طول موج را به طور الکتریکی انجام داد. توری نمونه برداری شده، تغییر یافته توری پیوسته است، به این ترتیب، قسمتهایی از توری به طور متناوب در امتداد طول آن حذف میشود.
به عبارت دیگر از توری، نمونهبرداری میشود. با نمونه برداری از توری، چندین قله در طیف بازتاب ظاهر میشود. فاصله این قلهها از یکدیگر با دورهی تناوب نمونه برداری نسبت معکوس دارد . آینههای جلو و عقب لیزر با دورههای تناوب مختلف نمونهبرداری میشوند به طوری که فقط یکی از قله های بازتابی چندگانهشان در یک زمان بر هم منطبق میشوند. به این ترتیب کانال مورد نظر را میتوان با تنظیم دو آینه به طوری که نزدیکترین قله بازتابیِ هر آینه در فرکانس کانال مورد نظر قرار گیرد، انتخاب کرد. از مزایای این ساختار امکان مجتمع کردن آن با دیگر قطعات نوری است.
همانطور که اشاره شد به دلیل ساختار آینههاست که این لیزرها به نام لیزرهای توری نمونهبرداری شده شناخته شدهاند. میتوان نمونهبرداری را مهمترین تمایز این لیزرها نامید. نمونه برداری به این صورت است که از یک توری پیوسته نمونه برداری میشود به عنوان مثال قسمتی از توری در ساختار میماند و قسمتی بدون توری تشکیل میشود. توری نمونه برداری شده تغییر یافته توری معمولی است. آینهها در این لیزرها علاوه بر ایجاد فیدبک برای تنظیم طول موج بکار میروند.
-3 روش ماتریس انتقال برای طراحی لیزر
بطور کلی روش ماتریس انتقال برای تحلیل و محاسبهی دامنه و فاز انعکاس آینههای چند لایه بکار میرود. در شکل2 یک ساختار پریودیک متناوب DBR نمایش داده شده است. این ساختار میتواند پاسخ فرکانسی داشته باشد که طول-موجهایی را عبور یا انعکاس دهد.
