Broadband Semiconductor Laser as a Source in Optical Communication Systems. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Broadband_Semiconductor_Laser_as_a_Source_in_Optical_Communication_Systems-Master_Thesis_By_Emad_Alkhazraji_2016.pdf Download (14MB) | Preview

Arabic Abstract

ديودات الليزر المبنية على الخطوط الكمية جذبت ولا تزال تجذب انتباه العديد من الأبحاث والدراسات في السنوات الأخيرة لكونها تمتلك العديد من المميزات التي تجعلها مثالية في العديد من التطبيقات. أحد هذه التطبيقات هو الإشعاع فائق العرض كنتيجة طبيعية للاتجانس الذي تتصف به عملية تكوين الخطوط الكمية. الهدف الرئيسي من هذه الرسالة هو دراسة الليزر المكون من In/InAlGaAs/InP الذي يعتمد على تركيب خط-كمي-في بئر المعدل متعدد الطبقات الذي ينتج درجة إضافية من اللاتجانس كنتيجة للأحجام الغير متساوية في الطبقات المختلفة. هذه الدراسة مبنية على مستويين; مستوى الجهاز ومستوى النظام. على مستوى الجهاز، أجريت تجارب مبدئية خاصة بديودات الليزر من أجل قياس خواص الليزر الأساسية بالإضافة إلى عرض الإشعاع الطيفي تحت عمليات تشغيل نبضية قصيرة. من ثم قمنا بتوسيع منظور الاختبار ليشمل عمليات نبضات تشغيل أطول بالإضافة إلى عمليات التشغيل المستمرة وقارنا تأثيرهم على الإشعاع الطيفي بالإضافة إلى خواص الليزر الأساسية. درجة الحرارة داخل الوسط الفعال الخاص الليزر تلعب دوراً حيوياً في العديد من الظواهر الكمية التي تؤثر على توزيع نواقل الشحنات داخل الوسط الفعال. من أجل ذلك اختتمنا دراسة مستوى الجهاز بالقيام بدراسة العوامل المرتبطة بدرجة الحرارة والأبعاد الهندسية والتيار الكهربائي المضخ لليزر على الإشعاع الطيفي الخاص بالليزر. هذه النتائج استخدمت بعد ذلك من أجل تحسين العوامل التشغيلية والبيئية المختلفة التي حققت تطبيقاً ناجحاً لليزر الخطي الكمي في نظام اتصالات ضوئي يعتمد على تضمين الإيقاف والتشغيل (On-Off-Keying). تشير النتائج إلى أن المعدل الأقصى الذي تمكنا من تحقيقه بنجاح هو 20 جيجابت في الثانية فيما أن معدل نقل البينات الاقصى الخالي من الأخطاء هو 10 جيجابت في الثانية. بعد ذلك تم القيام بعملية نقل البيانات بنجاح من خلال ليف ضوئي طوله 10 كم فيما أن طول الليف الضوئي الاقصى الذي يمكن أن تتم عليه نقل عملية الاتصال بنجاح مقدر بـ35 كم والطول الذي يضمن الخلو من الأخطاء مقدر بـ20 كم على معدل 5 جيجابت في الثانية.

English Abstract

Quantum dash based laser diodes have attracted the focus of study and research in the very recent years due to what they possess of myriad advantages that make them ideal for several applications. Among these advantages is their ultra-broad band emission as a result of the inherent inhomogeneous nature of the growth process of quantum dashes. The main objective of this thesis is to investigate a novel multi-stacked chirped InAs/InAlGaAs/Inp quantum dash-in-well laser structure that introduces an extra layer of inhomogeneity due to the dissimilar sizes of the different dash stacks. The investigation of this laser is carried out at two levels; device level and system level. In device level, fundamental laser diode characterization experiments are performed to extract its principle parameters in addition to the bandwidth of its spectral emission under short pulse width operation mode. We then follow by expanding the investigation scope of operation modes to higher order duty cycles pulsed and continuous wave operation modes and compare their effect on the spectra profile and the laser principle parameters. Junction temperature of the laser diode plays a vital role in different quantum phenomena that affect carrier distribution processes within the active medium. Hence, we conclude the device level characterization by performing a parametric study on the temperature dependent lasing spectral profiles at different geometrical configurations, current injections, and temperature values. Thereafter, the found results are used to optimize different ambient and operation parameters that achieved successful implementation of the quantum dash laser in an optical communication system in On-Off-Keying modulation. Results show that the maximum achieved data rate is 20 Gb/s while error-free communication was achieved at 10 Gb/s. Moreover, a 10 km optical fiber link was used in successful transmission while the maximum fiber length over which successful transmission can be achieved was estimated to be 35 km while error-free transmission can be achieved over a maximum fiber link length that was estimated to be 20 km at 5 Gb/s.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research > Engineering Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Khan, Mohammed Zahed Mustafa
Committee Members:	Jamid, Hussain Ali and Alghadhban, Samir
Depositing User:	Dr. Emad Alkhazraji
Date Deposited:	14 Jun 2016 07:40
Last Modified:	01 Nov 2019 16:33
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139956