FP/MA/FP-MA: Rauscharmes Verstärken von ns-Pulsen mittels EDFA

Im Rahmen eines Forschungsprojekts wird ein Demonstrator eines optoelektronischen Testsystems für LIDAR-Sensorsysteme entwickelt. Dieses Testsystem soll es ermöglichen, jedes beliebige LIDAR-System vollautomatisch auszulesen, zu kalibrieren und es in seiner Funktion und Sicherheit zu prüfen. Das LIDAR sendet hierbei Pulse mit einer Pulsdauer von wenigen Nanosekunden aus, die vom Frontend des Demonstrators in eine SMF eingekoppelt werden. Um die Signalleistung und somit das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen, soll ein EDFA als rauscharmer Verstärker zwischen dem Frontend und der nachfolgenden Signalmodulation eingebaut werden. Für diesen Zweck sind EDFA besonders geeignet, da sie aufgrund ihrer langen Lebensdauer im oberen Laserniveau bereits sehr gute Rauscheigenschaften besitzen. Darauf aufbauend soll an neuen Konzepten für den Einsatz als LNA für ns-Pulse geforscht werden. Es gilt verschiedene Möglichkeiten zu entwickeln, mit denen EDFA für die rauscharme Verstärkung von ns-Pulsen optimiert werden können. Ihr Rauschen wird durch ASE dominiert, das auch zwischen den Pulsen Rauschphotonen emittiert. Der Verstärker kann hierbei nicht vereinfacht im eingeschwungenen Zustand betrachtet oder in Kompression betrieben werden. Es sind daher andere Methoden gesucht, um ASE innerhalb der Signalwellenlänge zu minimieren. Ein Ansatz ist ein out-of-band-CW-Signal. Dieses mindert ASE, indem es eine stimulierte Emission bei einer anderen Frequenz induziert. Nach dem Verstärker kann das OB-CW-Signal herausgefiltert. Die Wellenlänge des OB-CW-Signals muss dabei so gewählt werden, dass sie ein möglichst hohes Emissions-zu- Absorbtions-Verhältnis aufweist und gleichzeitig nicht so nahe an der Signalwellenlänge liegt, dass es nicht mehr von ihr getrennt werden kann.

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In dieser Arbeit sollen Aspekte dieses vielversprechenden Ansatzes untersucht werden. Zunächst wird das Verstärkungs- und Rauschverhalten für ns-Pulse mit einem OB-CW-Signal simuliert und optimiert. Die optimierten Parameter wie Pumpleistung, Faserlänge, OB-Wellenlänge und Dispersionskompensation werden anschließend auf einen EDFA angewandt und messtechnisch untersucht. Auf Grundlage der Messungen können abschließend Rückschlüsse für zukünftige Konzepte gezogen werden.

Betreuer: Christian Carlowitz, Johannes Reichstein
Schwerpunkte: Photonik, optische Verstärker, Python, MatLab, Hardware, Messtechnik
Voraussetzungen: Photonik-Kenntnisse
Kontakt: christian.carlowitz@fau.de, johannes.reichstein@fau.de

Kategorie: Stud_BaMaFp_Offen