Politechnika Warszawska - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Wzmacniacze i lasery światłowodowe

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 103B-ELxxx-MSP-WLS
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Wzmacniacze i lasery światłowodowe
Jednostka: Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Grupy: ( Przedmioty techniczne )---EITI
( Przedmioty zaawansowane obieralne )-Systemy zintegrowanej elektroniki i fotoniki-mgr.-EITI
( Przedmioty zaawansowane techniczne )--mgr.-EITI
Punkty ECTS i inne: 5.00 Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.
Język prowadzenia: polski
Jednostka decyzyjna:

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Kod wydziałowy:

WLS

Numer wersji:

2

Skrócony opis:

Głównym celem przedmiotu jest zaznajomienie studentów z aktualnym stanem wiedzy na temat aktywnych układów światłowodowych, zarówno od strony teoretycznej, jak i z punktu widzenia zastosowań w układach telekomunikacji i optoelektroniki zintegrowanej. Wykład zaznajamia studentów z nowoczesnym formalizmem opisu zjawisk oddziaływania fal elektromagnetycznych z ośrodkami liniowymi, nieliniowymi i wzmacniającymi, opartym na półklasycznej teorii promieniowania, rachunku operatorowym oraz metodami rozwiązywania nieliniowych równań Schrödingera. Omawiane zagadnienia stanowią rozszerzenie wiadomości z wybranych działów fizyki, szczególnie teorii pola elektromagnetycznego i optyki kwantowej.

Pełny opis:

Przedmiot składa się z części wykładowej, projektowej oraz laboratorium. Do zaliczenia przedmiotu wymagane jest uzyskanie co najmniej 50% punktów z każdej ww. części.




Opis wykładu:

  1. Wstęp

    Zastosowanie światłowodów do transmisji sygnałów optycznych, uwarunkowania technologiczne i konstrukcyjne. Zastosowania aktywnych struktur światłowodowych - wzmacniacze i lasery. Przypomnienie zjawisk prowadzących do generacji promieniowania w strukturach aktywnych. Równania Maxwella. Przejście do równania falowego.

  2. Podstawy propagacji światła w światłowodach

    Opis propagacji światła w światłowodach włóknowych i planarnych o różnych profilach współczynnika załamania. Mody prowadzone, mody wypromieniowania, mody upływowe. Równanie dyspersyjne i metody jego rozwiązywania.

  3. Dielektryczne ośrodki czynne domieszkowane jonami ziem rzadkich

    Przejścia optyczne w jonach aktywatora w matrycy dielektrycznej. Podstawy spektroskopii optycznej lantanowców w szkłach i kryształach. Zjawiska związane z oddziaływaniem promieniowania elektromagnetycznego z jonami aktywnymi - procesy absorpcji, emisji spontanicznej i wymuszonej, bezpromienistego wygaszania fluorescencji, konwersji wzbudzenia.

  4. Pompowanie optyczne

    Zagadnienie pobudzania optycznego wzmacniaczy i laserów światłowodowych. Teoria sprzęgania układów włóknowych i planarnych ze źródłami pompującymi. Światłowody wielopłaszczowe, pompowanie płaszczowe. Realizacje źródeł pompujących.

  5. Teoria pracy wzmacniaczy włóknowych i planarnych

    Określenie wzmocnienia małosygnałowego w układach trzy- i cztero-poziomowych na podstawie równań bilansu. Zależność wzmocnienia od mocy pompującej oraz geometrii pompowania. Uwzględnienie efektu nasycenia wzmocnienia. Tłumienność oraz starty związane z procesami wielojonowymi i wielofotonowymi.

  6. Wzmacniacze światłowodowe

    Światłowodowe wzmacniacze telekomunikacyjne na pasmo 1.3 i 1.55 mm (pasma S, C, L). Materiały, technologia i właściwości optyczne. Pompy optyczne do wzmacniaczy telekomunikacyjnych. Charakterystyki wzmocnienia. Zagadnienie wzmocnionej emisji spontanicznej (ASE). Metody pomiarowe parametrów wzmacniaczy optycznych.

  7. Teoria generacji we włóknach optycznych i strukturach planarnych

    Trzy- i cztero-poziomowe układy pracy, warunki progowe i ponad progowe generacji, oddziaływanie modu pompującego i laserowego. Wpływ rezonatora na parametry generowanego promieniowania. Analiza mocy wyjściowej przy pomocy całki mocy.

  8. Lasery światłowodowe

    Lasery włóknowe wielkiej mocy - generacja promieniowania w laserze Yb3+. Lasery włóknowe na zakres widzialny, w tym lasery z konwersją wzbudzenia. Lasery włóknowe na zakres UV. Zastosowania.

  9. Rezonatory w laserach światłowodowych

    Podstawy teorii rezonatorów siatkowych. Dielektryczne lasery planarne oraz włóknowe z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym (DFB) i z rozłożonym zwierciadłem braggowskim (DBR). Kształtowanie charakterystyk wzmacniacza przy pomocy struktur siatkowych. Siatki braggowskie jako filtry częstotliwościowe.

  10. Generacja krótkich impulsów

    Generacja krótkich impulsów optycznych w laserach światłowodowych. Przełączanie dobroci rezonatora i synchronizacja modów. Kompresja impulsów. Lasery w konfiguracji MOPA (master oscillator power amplifier).

  11. Mikrolasery

    Indukowany termicznie efekt światłowodowy w ośrodkach dielektrycznych. Mikrolasery. Zasada działania, materiały i konstrukcje. Praca jednomodowa i sposoby modulacji promieniowania mikrolaserów.



Laboratorium: (zakres laboratorium, tematy i opis ćwiczeń laboratoryjnych itp.)

  1. Ośrodki aktywne do laserów włóknowych cz. 1
  2. Ośrodki aktywne do laserów włóknowych cz. 2
  3. Badanie parametrów światłowodowych wzmacniaczy optycznych
  4. Badanie parametrów laserów światłowodowych


Projekt: (sposób prowadzenia, opis zajęć projektowych)

Indywidualny projekt obejmujący modelowanie podstawowych parametrów propagacyjnych, wzmocnieniowych i generacyjnych wybranych światłowodowych elementów czynnych i układów generacyjnych.

Literatura:

  1. M.J.F. Digonnet, Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, Revised and Expanded, 2ed, Marcel Dekker, Inc., 2001
  2. E. Desurvire, Erbium doped fiber amplifiers - principles and applications, Wiley, 1994 (lub nowsze)
  3. L. Dong, B. Samson, Fiber Lasers: Basics, Technology, and Applications, CRC Press, 2016
  4. A. Majewski: Teoria i projektowanie światłowodów, WNT, 1991.



Oprogramowanie: Optiwave Optisystem, Origin (dostęp do obu programów zapewniony przez prowadzących zajęcia)

Zajęcia w cyklu "rok akademicki 2023/2024 - sem. zimowy" (zakończony)

Okres: 2023-10-01 - 2024-02-18
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 15 godzin, 24 miejsc więcej informacji
Projekt, 15 godzin, 24 miejsc więcej informacji
Wykład, 30 godzin, 24 miejsc więcej informacji
Koordynatorzy: Krzysztof Anders, Agnieszka Mossakowska-Wyszyńska, Ryszard Piramidowicz
Prowadzący grup: Krzysztof Anders, Anna Jusza, Ryszard Piramidowicz, Stanisław Stopiński
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Ocena łączna
Jednostka realizująca:

103500 - Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Politechnika Warszawska.
pl. Politechniki 1, 00-661 Warszawa tel: (22) 234 7211 https://pw.edu.pl kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.0.0-7 (2024-03-18)