T E L K O M N I K T elec o m m un ica t io n,  Co m pu t ing ,   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.   18 ,   No .   4 A u g u s t   2 0 2 0 ,   p p .   1 7 0 1 ~ 1 7 0 7   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   ac cr ed ited   First Gr ad b y   Kem en r is tek d i k ti,  Dec r ee   No : 2 1 /E/KPT /2 0 1 8   DOI 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI K A. v 1 8 i4 . 1 5 7 0 6     1701       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   Co mpa ra tive perf o rma nce of optica l am plifiers :     Ra ma n and  EDF A       K ha lis   A.   M o ha m m ed,   B a s m a   M K .   Yo un is   De p a rtme n o Co m p u ter T e c h n o l o g y   En g i n e e rin g ,   En g i n e e rin g   Tec h n ica Co ll e g e ,   No rt h e rn   Tec h n i c a Un iv e rsity ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   3 1 2 0 2 0   R ev is ed   Feb   2 8 ,   2 0 2 0   Acc ep ted   Ma r   1 8 ,   2 0 2 0       Th e   in - li n e   o p ti c a sig n a a m p li fic a ti o n   is  o f ten   u se d   i n   o p t ica c o m m u n ica ti o n   sy ste m to   a c c o m p li sh   lo n g e tr a n sm issio n   d istan c e a n d   larg e r   c a p a c it y .     In   t h is  p ro p o se d   p a p e r,   th e   o p e ra ti o n   o f   two   t y p e o f   o p ti c a a m p li fiers     fo 1 6 × 1 0   G b p wa v e len g th   d i v isi o n   m u lt ip lex in g   sy ste m   h a d   b e e n   e x a m in e d   b y   c h a n g i n g   tra n sm issio n   d istan c e   fro m   1 0   t o   2 0 0   k m   with   a   d isp e r sio n   e q u a ls  to   1 6 . 7 5   p s/ n m /k m .   T h e   a n a ly s is  a n d   d e sig n   o s u c h   sy ste m o rd i n a ril y   in c lu d e m a n y   sig n a c h a n n e ls,  n o n li n e a d e v ice s,  se v e ra to p o l o g ies   wit h   m a n y   n o ise   so u rc e s,  is  e x trem e ly   c o m p lex   a n d   e ffo rt - e x h a u sti v e .   Th e re fo re ,   th e o re ti c a stu d ies   with   sim u lati o n   CAD   so ftwa re   o sy ste m a re   b e c o m e   n e c e ss it y   to   p re d ict  a n d   o p ti m i z e   sy ste m   p e rfo rm a n c e .   T h e   c o m p a riso n   b e twe e n   EDF a n d   Ra m a n   h a s   a lre a d y   e x p l o re d   b y   m a n y   re se a rc h e rs  in   v a ry in g   wa y s   in   t h is  w o rk   a n d   t o   a c h iev e   o b o v e   o b jec ti v e s,   th e   Op ti S y ste m   so ftwa re   wa u se d   to   d e sig n   t h e   p ro p o se d   fi b e o p t ic  c o m m u n ica ti o n sy ste m   a n d   t o   sim u late   re su lt s.   P e rfo rm a n c e   fo t h e   p re se n t   sy ste m   wa e v a lu a t e d     fo p a ra m e ters   li k e   b it   e rr o ra te  ( BER),   q u a li ty   fa c to (QF) ,   t o tal  g a in   wit h   e y e   o p e n i n g   fa c to r .   It  wa sa th a EDF p ro v id e b e tt e re su lt s,  i n   th e   m a x ima l   tran sm issio n   d istan c e   6 4 %   b e tt e t h a n   Ra m a n   a m p li fie r,   5 7 . 5   fo r   a m p li fica ti o n   g a i n   a n d   2 6 . 7 %   f o m a x imu m   q u a li ty   fa c to r.   As   a   fu t u re   stu d y   a   h y b ri d   a m p li fier ca n   p r o d u c e   b e tt e q u a li ty   o a m p l ifi c a ti o n .   K ey w o r d s :   B E R   E DFA   E y o p e n in g     Qu ality   f ac to r   R am an   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kh alis   A.   Mo h am m ed   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   T ec h n o lo g y   E n g in ee r in g ,   E n g in ee r in g   T ec h n ical  C o lleg e,     No r th er n   T ec h n ical  Un iv e r s ity ,   Mo s u l,  I r aq .   E m ail:  k h alis _ am @ n tu . ed u . iq   o r   k h alis b m k 2 0 0 4 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   All  o v er   th w o r ld ,   th e   o p tica f ib er   co m m u n icatio n   s y s tem s   ar b ei n g   wid el y   u s ed   f o r   tr an s m itti n g   v id eo   an d   d ata  tr a n s m is s io n   p u r p o s es.  Fib er   o p tics   o n ly   will b ab le  to   c o n v er g th c h allen g f o r   s p r ea d   o v e r   th u n i v er s al  telec o m m u n icati o n   n etwo r k   m ak e   i r em ain   to   g r o at   an   ex p o n en tial   s p ee d .   Op tical  am p lifie r s   ar im p o r tan t   elem en ts   in   p r o g r ess iv f ib e r   telec o m m u n ic atio n s   n etwo r k s .   T h e y   o f f er   t h m ea n s   to   o f f s et     th lo s s es p r o d u ce d   b y   th f ib er   tr an s m is s io n   m ed iu m ,   th o p tical  f ib er   b asic e lem en ts   p la ce d   in   th b r o ad ca s t   p ath   an d   th p o wer   s p lit  at  o p tical  s p litt er s .   So   th e s a m p lifie r s   ea s th ex tr ao r d in ar y   g lo b al  ab ilit ies,    lo n g   tr an s m is s io n   d u r atio n s   an d   m u ltip o in t - to - m u ltip o in c o n n ec tiv ity   n ec ess ar y   f o r   ac with   in cr ea s in g   d ata    s izes   [ 1 ] .   A   b r ief   ac co u n o f   t h co llectio n   o f   r esear ch es  an d   p r ev io u s   wo r k s   r elate d   with   th o s u s ed   in   th is   wo r k   ar lis ted   b elo w .   Ar ticle  [ 2 ]   s h o ws  th at  th s em ico n d u cto r   o p tical  am p li f ier s   h av wid ely   b ee n   ad o p ted   b o th     by  th r esear ch   co m m u n ity   an d   th in d u s tr ial   s ec to r   as  p r in cip al  tech n o lo g ical  p latf o r m   f o r   th r ea lizatio n     of   d iv er s r an g o f   ap p lic atio n s   with   h ig h   p er f o r m an c e .   T h o p tical  am p lifie r s   d esig n   m o d els  wer Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  18 ,   No .   4 Au g u s t 2 0 2 0 :    1 7 0 1   -   1 7 0 7   1702   s u cc ess f u lly   d esig n ed   an d   im p lem en ted   in to   Op tSi m .   T h m ain   m o tiv atio n   o f   th wo r k   in   [ 3 ]   is   to   o p tim ize    th o p tical  am p lifie r s   f o r   d if f e r en d is p er s io n   an d   tr a n s m is s i o n   d is tan ce .   T h p er f o r m a n ce   o f   o p tical  am p lifie r s   was  ev alu ated   u s in g   th ey p atter n s ,   B E R   m ea s u r em en t,  ey o p en in g   an d   f ac to r .   T h s im u latio n   r esu lts   s h o w   b eh av io r   E DFA,   SO in   ter m s   o f   ey a n d   p o wer   d ia g r am s .   1 6 0 - Gb /s   OT DM   tr an s m is s io n   with   all - ch an n el  m o d u latio n   an d   all - ch a n n el  s im u ltan eo u s   d em u ltip lex in g   h as  b ee n   s u cc ess f u lly   s im u lated   f o r   th f ir s tim in   ar ticle  [ 4 ] .   T h MU an d   DE MU u s in g   o f   MZ I   s witch   s tr ictly   m ai n tai n   th d elay   tim b etwe en   ad jace n t c h an n els an d   o f f e r   h ig h - tem p er atu r s tab ilit y   b ec au s th ey   a r h y b r id   in te g r ated   o n   MZ I   s witch th ey   will,  th er ef o r e ,   b t h k e y s   to   f u t u r OT DM   tr an s m is s io n   s y s tem s .   Au th o r s   in   [ 5 ]   o b tain ed   th lo n g est  tr an s m is s io n   d i s tan ce s   f o r   s in g le  in - lin SOA     an d   d is tr ib u ted   R am an   am p lif ier   s y s tem s ,   also   to   class if y   s o m f ac to r s   th at   ar th e   m o s af f ec tr an s m is s io n   d is tan ce .   R esu lts   ex ten d   d is tan ce   f r o m   6 9   to   1 1 2   k ilo m eter s .   T h ey   also   d escr ib f a cto r   th at   ef f ec ted   tr an s m is s io n   in   th s y s tem   with   th b o th   p r o p o s ed   s y s tem s .   Per f o r m an ce s   o f   d if f er en o p t ical  am p lifie r   ty p es  wer e   co m b in ed   th e n   two   m o s co m m o n ly   h y b r id   am p lifie r s   wer e   u s ed   t h at  ca n   o f f er   b etter   ac tio n an   er b i u m   d o p ed   f ib e r   am p lifie r   ( E DFA) ,   an d   s em ico n d u cto r   o p ti ca am p lifie r   ( SOA) ,   b o t h   in   g r o u p in g   to   a   d is tr ib u ted   R am an   am p lifie r   ( DR A) .   T h e   r esu lts   p r o d u ce   less   d is to r tio n s   o f   th e   am p lifie d   s ig n al   [ 6 ] .   I n v esti g at io n   also   m a d f o r   p e r f o r m an ce   co m p a r is o n   o f   d if f er en t   h y b r id   o p tical  am p lifie r s   ( R am an - E DFA,   R am an - SOA ,   SOA - E D FA,  E DFA - R am an   E DFA) .   I n   s y s tem   co n s is ted     o f   3 2   an d   1 6   ch an n els  with   1 0   Gb p s   s p ee d .   Au th o r s   h av d o c u m en ted   th d if f er en h y b r id   am p lifie r s   an d   th eir   f ac to r s   lik q u ality ,   Ma x   ey e   o p en in g ,   B it  er r o r   r ate  a n d   o u tp u t p o wer   wh en   ch an g in g   n u m b er   o f   ch a n n els   [ 7 ] .   A   s u g g ested   c o n f i g u r atio n   co n s is ts   o f   m an y   ch a n n els  ( 1 6 ,   3 2   an d   6 4 )   wer e   ex am in e d   b y   a u th o r s     f o r   d if f e r en t h y b r id   am p lifie r s   p er f o r m a n ce   in   th eir   p r o p o s e d   s y s tem s   at  s p ee d   o f   1 0   Gb p s .   T h q u ality   f ac to r ,   B E R ,   ey o p en in g   an d   jitt er   at  d if f er en n u m b er   o f   ch a n n els  wer ca lcu lated .   SOA - E DFA  s h o ws  Q F   p er f o r m an ce   as   it c an   r ea ch   m ax im u m   d is tan ce   o f   2 6 0   k m   at   6 4   ch an n els   [ 8 ] .   T h e   p e r f o r m an ce   o f   6 4   ch a n n els  o f   1 0   Gb p s   W DM   s y s tem s   was  d is cu s s ed   in   [ 9 ]   with   b ac k war d   m u ltip u m p   R am an   am p lif ier   to   m in im ize  its   g ain   d i f f er en ce   with o u u s in g   an y   g ain   f latten in g   p r ac tical   m eth o d s .   T h ey   p r esen t   s y s tem   co s ef f ec tiv with   o n ly   f o u r   u tili ze d   p u m p s .   T h m ax im u m   f lat  g ai n   is   8 . 6   d B   .   T h n o is f ig u r was  g r e ater   th an   8   d B   wer e   r ea ch ed   f o r   th is   wid b a n d wid th   with o u t u s in g   tec h n iq u es  o f   g ain   f latten in g .     Ou r   p ap er   is   o r g an ize d   in to   f iv e   s ec tio n s .   W f o cu s ed   o n   s im u latio n   s tu d y   o f   o p tical  am p lifie r s     f o r   p er f o r m an ce   an d   co m p ar is o n   p u r p o s e,   s ec tio n   2   g iv es a n   o v er v iew  o n   o p tical  a m p lifie r s   u s ed   in   th is   wo r k ,   m o r eo v e r   s ec tio n   3   d escr ib e d   th s im u latio n   s etu p   o f   o p tical   am p lifie r s .   Sectio n   4   g i v es  an aly s is   o f   o b s er v e d   r esu lts   af ter   s im u latio n .   Sectio n   5   g iv es  th co n clu s io n   o f   QF,  to tal  g ain ,   an d   ey o p en in g   f ac to r   f o r   1 6   ch an n els  W DM   s y s tem .   I t w a s   o b s er v ed   th r o u g h   s im u latio n   th at  E DFA  p r o v id ed   th b est p er f o r m a n ce   in   ter m s   o f   to tal   g ain ,   QF,  B E R   an d   ey e - o p en i n g   f ac to r .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D     Op tical  am p lifie r s   ar co r d e v ices  in   o p tical  am p lific atio n   tr an s m is s io n   s y s tem   [ 1 0 11] ,   s in ce   th ey   am p lify   an   o p tic al  s ig n al  d ir e ctly ,   th er ef o r   n o   n ee d   to   an   el ec tr ical  s ig n al  co n v er s io n ,   I n   t h is   p ap er   two   ty p es  o f   o p tical  am p lifie r   ar u s ed   a s   illu s tr ated   in   s ec tio n s   b elo w:     2 . 1 .     Ra m a n   a m pli f ier - a v er a g po wer   m o del   R am an   am p lifie r s   ( R A)   h av b ec o m o n o f   t h m o s en co u r ag in g   tech n o l o g ies  f o r   t h n ex g r o u p     o f   f ib e r   am p lifie r s ,   m o s tly   d u to   t h eir   f lex i b ilit y   in   b an d wid th   d esig n   [ 12 ].   Ne v er th e less ,   th s im u latio n   tech n iq u es  th at  ar co m m o n l y   u s ed   f o r   R A ' s   h av d em an d ed   ex h au s tiv co m p u tatio n al  tim e,   d u to   th u s   o f   d ir ec i n teg r atio n   o f   t h co u p led   d if f e r en tial  eq u ati o n s   th at   d escr ib th R b eh a v io r   [ 1 3 14] .   T h c o u p le d   d if f er en tial  e q u atio n s   h av t h s h ap o b s er v ed   in   ( 1 ) .   s i m ilar   s et  o f   eq u atio n s ,   d escr i b in g   th e   b ac k war d   p r o p a g atio n ,   is   s o lv ed   at  th e   s am tim we   s o lv e   th f o r war d   eq u atio n s   wr itten   b elo w   [1 5 - 1 7 ].   Mo r e   d etails  ab o u t   in   ( 1 )   with   t h p h y s ical  ef f ec ts   tak en   in to   ac c o u n f o r   t h is   am p lifie r   ca n   b e   f o u n d   i n   [ 1 6 ] ,     ( , )  = ( ) ( , ) + ( ) ( , ) + ( , ) ( )   < [ ( , ) + ( , ) ]   ( )  < [ + ] [ 1 + e x p ( [ ( )  ] 1 ) 1 ] ( , ) ( )   < [ ( , ) + ( , ) ] 2ℎ ( , ) ( )  < [ 1 + e x p ( [ ( )  ] 1 ) 1 ]             ( 1 )     T h id ea   b eh in d   th is   tech n iq u is   f ir s to   s p li th am p lifie r   in to   s er ies  o f   s m all  s eg m en t s ,   an d   th en   to   u s th m in o r   s ig n al  wav e   s o lu tio n   in   ea ch   s ec tio n   in   ( 3 ) .   I n   o r d er   to   elim in ate  th e   d e p en d en ce   in   a   s m all  s eg m en len g th ,   av e r ag p o wer s   in   ea ch   s ec tio n   ar in tr o d u c ed   in   ( 4 ) .   So ,   b asically ,   we  r ea r r an g e d   s o m ter m s   o f   th o r ig in al  in   ( 1 )   a n d   r e d u c eq u atio n s   to   s im p lest   f o r m ,   s u itab le  f o r   o u r   a n aly s is ,   ca n   b wr itten   as [ 1 8 ]:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         C o mp a r a tive  p erfo r ma n ce   o o p tica a mp lifi ers :   R a ma n   a n d   E DF A   ( K h a lis   A .   Mo h a mme d )   1703   ( , )  = ( , ) ( , ) + ( , )               ( 2 )     wh er e     ( , ) = ( ) + g ( ζ )   [ ( , ) + ( , ) ] g ( ζ )   [ ( , ) + < <                                 ( , ) ] 2ℎ g ( ζ )  v< ζ [ 1 + 1 ex p ( [ ( ζ )  ] 1 ) 1 ]           ( 2 a)     ( , ) = ( ) ( , ) + g ( ζ )  [ ( , ) + ( , ) ] < [ 1 + 1 ex p ( [ ( ζ )  ] 1 ) 1 ]   ( 2 b )     s u b s titu tin g   P f ( z , ζ ) ,   P b ( z , ζ ) , in   ( 2 a) ,   ( 2 b )   in   ea ch   lu m p   b y   av er ag p o wer s   in   th l u m p ,   co e f f i cien ts   A ( z , v) ,   B ( z , v)   ar in d ep e n d en o f   z   s o lu tio n   f o r   ( 2 )   ca n   b wr itten   as   [ 1 8 ] :     ( + , ) = ( , ) e xp ( ( ) ) + ( ) ( ) [ e x p   ( ( ( ) ) 1 ) ]       ( 3 )       wh er H   is   len g th   o f   th lu m p s .   W ith in   ea ch   lu m p ,   p o wer s   P f   ( z ,   ζ ) ,   P b   ( z ,   ζ )   m u s t b r ep lace d   b y   a v er ag p o wer s   [ 1 8 ] ,     , ( ) = ,  1 1  + ( ) ( ) [ 1 1  1 ]             ( 4 )     wh er ,    ar f o r wa r d   an d   b a ck war d   p r o p a g atin g   in p u p o wer s   to   th lu m p ,   a n d   t h e   g ain   is   g iv e n     by: = e xp   ( ( ) ) T h u s er   is   r esp o n s ib le  to   g u ar an tee  t h at  th ter m   A ( v) d o es  n o b ec o m ze r o .     Fo r   ex am p le,   it  is   im p o s s ib le  to   s im u late  th c h r o m atic  d is p er s io n   o f   ju s o n s ig n al  if   t h atten u atio n   is   n o t   co n s id er ed ,   h en ce   th e   ter m   A ( v) will b ec o m ze r o .     2 . 2 .    E rbium   do ped f iber  a mp lifie ( E DF A)   T h is   o p tical  am p lifie r   r e p ea te r   em p lo y ed   to   am p lify   th o p tical  s ig n als.   T h m ain   d if f er en ce   f r o m     th p r ev i o u s   o n   is   r elate d   to   t h am p lifie r   p u m p   s ch em e   s elec tio n .   T h e   u s ed   E DFA  r o u ti n es  ar n u m er ically   s o lv ed   u n d er   s tatio n ar y   co n d itio n s   [ 1 9 ] ,   th ese  eq u atio n s   ar e:      2 ( , )  2 ( , ) 1  { [ ( + ) 2 ( , ) ] } [ + ( , ) + ( , ) ]     = 1     ( 5 )     1 + 2 = 1                   ( 6 )     ± ( , )  = { [ ( + ) 2 ( , ) ] } ± ( , ) + 2 2       ( 7)     T h co n f in em en t f ac t o r   Γ n   ( w h ich   is   u s ed   in   s im u latio n   p r o g r am   in   th is   p a p er )   is   g iv e n   b y   [ 1 9 ] :     ( ) = | ( , ) | 2  0 | ( , ) | 2  0                         ( 8 )     s o lv in g   ( 5 - 7 )   u n d er   s tatio n ar y   co n d itio n s   allo ws  d esig n er s   to   co n clu d th am p lifie r   p e r f o r m a n ce   f ea tu r es.     T h f ib er   p ar am ete r s   s u ch   as  co r an d   E r   d o p i n g   r ad i u s ,   E r   m etastab le  life tim e,   n u m er ical  ap er tu r e,     E r   io n   d en s ity ,   lo s s   at  9 8 0   n m   an d   1 5 5 0   n m ,   a n d   th e   f ib er   len g th   ar all  r e q u ir e d   as  in p u v al u es.  T h ab s o r p tio n   an d   em is s io n   cr o s s - s ec tio n   ar e   m o r eo v er   r e q u ir ed   as in p u t f i l es.       3.   SI M UL A T I O M O D E L   Op tiS y s tem   [ 2 0 2 1 ]   is   u s ed   in   th is   wo r k   s in ce   it  is   an   i n n o v ativ s im u latio n   p ac k a g f o r   o p tical  co m m u n icatio n   s y s tem   wh ich   was  estab lis h   b y   Op tiwav co m p an y   to   co n v er g e   th ed u c atio n al  an d   p r ac tical  n ec ess ities   o f   th s y s tem   d esig n er s ,   en g i n ee r s   an d   r esear ch er s   [ 2 2 - 2 4 ] .   As  s h o wn   in   Fig u r 1 .     Six teen   tr an s m itter s   ar u s ed   a s p ee d   o f   1 0   Gb p s   in   o r d er   to   s tu d y   th p er f o r m an ce   o f   th e   Op tical  am p lifie r s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  18 ,   No .   4 Au g u s t 2 0 2 0 :    1 7 0 1   -   1 7 0 7   1704   u n d er   test .   I n p u s ig n als  we r f ed   f r o m   d ata  s o u r ce   to   th e   laser   m o d u lato r .   W h ich   a r m o d u lated   th r o u g h     ca r r ier   o p tic al  o u tp u s ig n a tr an s m ittan ce .   T h ese  s ig n al s   wer s p r ea d   u s in g   tr an s m is s io n   lin to   wh ich     th o p tical  an aly ze r   an d   s p ec t r u m   was  attac h ed .   T h en   th o p tical  am p lifie r   is   lo ca ted   wh ich   co n s is ts   ei th er   R am an   o r   E DFA.     Oth er   am p lifie r s   ca n   also   b c h o s en   ac co r d in g   to   th e   r eq u i r e m en ts .   L ater ,   th r ec eiv er   was  attac h ed   to   n o tice  all  s ig n als  an d   tr an s f o r m ed   to   elec tr ical  s ig n al.   Op tical  am p lifie r s   wer ap p lied   with   m an y   ch an n els.    T h o p tical  s ig n al  was tr a n s m itted   an d   m ea s u r ed   u s in g   s ev er al  d is tan ce s   with   1 6   ch a n n els.  L o ts   o f   f ac to r s   lik e   ey o p in in g ,   q u ality   f ac to r ,   a n d   g ain   wer e   d eter m i n ed   at  d if f er en c h an n els  a n d   b est  o n o f   it  is   ca lcu late d     at  n u m b er   o f   ch an n els.  T h ese  s ig n als  wer am p lifie d   u s in g   d if f er e n am p lifie r s .   T h g ai n   was  m ea s u r ed   b y   o p tical  s p e ctr u m   an d   W DM   a n aly ze r .   T h m o d u lated   s ig n a was  tr an s f o r m ed   in to   o r ig in al  s ig n al  u s in g   PIN   p h o to - d etec to r   in   th r ec eiv er .   An   o s cillo s co p an d   ey d iag r am   an aly ze r   wer u s ed   to   m ea s u r th q u ality   f ac to r   an d   th ey e   o p e n in g   at  t h r ec eiv er   s id e.   W h ile  Fig u r e   2   s h o ws  th d etailed   m o d el,   w h ich   h ad   b ee n   b u ild   u s in g   Op tiS y s tem   s im u lato r .           Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r am   o f   th p r o p o s ed   s y s tem           Fig u r 2 .   Op tiS y s tem   s im u latio n   m o d el   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         C o mp a r a tive  p erfo r ma n ce   o o p tica a mp lifi ers :   R a ma n   a n d   E DF A   ( K h a lis   A .   Mo h a mme d )   1705   4.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S     W f o cu s   o u r   atten tio n   o n   th e   r esu lts   o b tain ed   with   th s ch e m d escr ib ed   in   Fig u r 1 .   T h e n   th f i r s s tep   is   b u ild in g   s im u latio n   m o d el  o f   Fig u r e   2   u s in g   Op tiS y s tem .   Seco n d ,   we   s tar to   in cr ea s th f ib e r   len g th   an d   m ea s u r p er f o r m a n ce   m etr ics  as   s h o wn   Fig u r 3 .   T h ir d   an d   in   o r d e r   to   esti m ate  th s y s tem   p er f o r m a n ce   th ey d iag r am s   s h o u ld   b an aly ze d ;   th is   is   d o n u s in g   Fig u r 4 .   T h e y d ia g r am   is   p o wer f u tim d o m ai n   to o f o r   ass ess in g   th q u ality   o f   th r ec ei v ed   s ig n al  a n d   f o r   an aly zin g   th e   s ig n al  d is to r tio n s .   I ca n   g iv m u ch   in f o r m atio n   o n   th tim in g   jitt e r ,   th s y s tem   r is tim e,   an d   th s ig n al  am p litu d d is to r tio n s   [ 6 ] .   Fo u r th   th f ib er   len g th ,   g ain   a n d   Ma x   Qu ality   f ac to r   ar lis ted   in   T ab le  1 .   Fin aly   r elatio n   b etwe en   f ib er   len g t h   an d   g ain   is   s h o wn   in   Fig u r 5.   Op tical  am p lifie r s   R am an   an d   E DFA  h av b ee n   s tu d ied   f o r   1 6 ×1 0 Gb p s   W av elen g t h   Div is io n   Mu ltip lex in g   s y s tem   in   th wo r d   o f   r ec eiv ed   m a x im u m   q u a lity   f ac to r   ( QF) ,   ey o p e n in g   f ac to r ,   b it  er r o r   r ate   ( B E R )   an d   to tal   g ain .   T o   in v e s tig ate  th s y s tem   p er f o r m a n c es,  r esu lts   f r o m   th f ir s ch an n el  h av e   b ee n   tak en .   B y   ex am in in g   Fig u r e   3   th v ar iatio n   o f   QF  a n d   B E R   with   v a r io u s   len g t h   f o r   1 6   ch a n n el   s y s tem   ca n   b n o tice.   Ma x im u m   QF  was  o b tain ed   b y   E DFA  wh ich   was  th s im ilar   p r ac tically   f o r   e n tire   r an g a n d   b e g in   r e d u ctio n s   af ter   1 2 8 k m   its   wo r s d is tan c at  2 0 0   k m   is   8 .   R am an   h av co m p a r ab ly   lo wer   QF  s tar ti n g   f r o m   1 9   to   1 2 . 7     f o r   d is tan ce   r a n g e   f r o m   2 0   to   8 0   k m   a n d   in   last   at  1 2 8   k m   h as  lo west  v alu e   eq u als  2 . 4 .   F r o m   t h s im u latio n   r esu lt,  it  was   s ee n   th at  m ax im u ey e - o p e n in g   f ac to r   was  o b ta in ed   f r o m   E DFA  was  9 0 . 5 5 2 7 %,  wh ile  th is   f ac to r   was e q u al  to   9 0 . 2 7 8 8 % f o r   R am an   am p lifie r   f o r   6 0 k m .   Als o ,   ey d iag r am   f o r   d if f er en t o p tical  am p lifie r s   with   6 0   k m   f ib er   a n d   1 6   ch a n n els   a r s h o wn   in   Fig u r e   4.           Fig u r 3 .   Qu ality   f ac to r   ( QF)   an d   B it e r r o r   r ate  ( B E R )   as a   f u n ctio n   o f   f ib e r   len g th   f o r   1 6   ch an n els         ( a)   ( b )   ( c)     Fig u r 4 .   E y d iag r am   o f   o p tic al  lay o u t u s ed   in   th s im u latio n   with o u t o p tical  am p lifie r   an d   with   R am an   an d   E DFA  am p lifie r s ; ( a)   with o u o p tical  am p lifie r ,   ( b )   R am an   an d   ( c)   E DFA   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  18 ,   No .   4 Au g u s t 2 0 2 0 :    1 7 0 1   -   1 7 0 7   1706   T h m ax im u m   g ain   in   tr an s m is s io n   d is tan ce   i s   o b tain ed ,   th at  ca n   b ac co m p lis h ed   b y   E DFA    o r   R am an .   Sy s tem   m ax im u m   tr an s m is s io n   d is tan ce   is   n ec ess ar y   to   f in d   f ir s with o u t   o p tical  am p lific atio n .   th er ef o r e,   th m a x i m u m   len g th   o f   th f ib er   was  f o u n d .   Simu latio n   r esu lts   ar s h o wn   in   T ab le  1 .   T h g r ap h   r esu lt  f o r   to tal  g ain   is   s h o wn   in   Fig u r 5 .   T h s am tech n iq u es   ( Op tiS y s tem )   u s ed   to   o b tain   r esu lts   in   th is   wo r k   co u ld   b e   also   u s ed   to   im p r o v e   n ew  h y b r id   am p lifie r   with   b etter   q u ality   o f   am p lific atio n   [6 8 2 5 ] .           T ab le  1 .   Simu latio n   r esu lts   A mp l i f i e r   t y p e   N o n e   ED F A   R a ma n   F i b e r   l e n g t h   k m   1 0 4   2 0 0   1 2 8   A mp l i f i e r   G a i n   n o n e   40   23   M a x   Q u a l i t y   f a c t o r   2 . 4   8 . 9   2 . 4           Fig u r 5 .   T o tal  g ain   v er s u s   f ib er   len g th   f o r   th e   b o th   o p tical  a m p lifie r s ,   R am an   an d   E DFA       5.   CO NCLU SI O N     T h p r o p o s ed   o p tical  am p lifie r s   m o d els  wer s u cc ess f u lly   d e s ig n ed   an d   im p lem e n ted   v ia   Op tiS y s tem   s im u lato r .   T h m ain   o b jectiv o f   th is   r esear ch   was  to   in v esti g ate  wh ich   o p tical  am p lifie r ,   f o r   s ev er a l   tr an s m is s io n   d is tan ce   to   b u s ed   p r o p e r ly   in   ter m s   o f   its   p ar am eter s .   T h p er f o r m an ce   o f   o p tical  am p lifie r   was  ca lcu lated   v ia  to tal  g ain ,   B E R   am o u n t,  ey o p en in g   an d   q u ality   f ac to r .   T h s im u lati o n   r esu lts   s h o wed     an   in ter esti n g   p er f o r m a n ce   o f   E DFA,   R am an   in   r elatio n s   o f   ey an d   g ain   d ia g r am s .   T h p r o p o s ed   co n f ig u r atio n   c o n s is ted   o f   1 6   ch an n els  with   t h s am b it  r ate   tr an s m is s io n .   T h r esu lts   s h o wed   th at  E DFA  was e n ab li n g   to   in cr ea s th m ax im al  tr a n s m is s io n   d is tan ce   to   b b etw ee n   1 2 0   to   2 0 0   k m ,   an d   p r o m is in g   to o f o r   f u t u r e.   W h ile  R am an   am p lifie r   e x ten d ed   tr a n s m is s io n   d is tan ce   to   1 4 0   k ilo m eter s .   I was  p er ce iv e d   th r o u g h   s im u latio n   th at   E DFA  p r o v id ed   t h b est  b eh av io r   in   r elatio n s   o f   to tal   g ain ,   QF,    B E R   an d   ey e - o p e n in g   f ac to r .   So ,   Sin ce   th E DFA  g en er ated   less   s ig n al  d is to r tio n s ,   th en   in   f u tu r e   I m p lem en tatio n   o f   h y b r id   am p lific atio n   u s in g   E DFA  an d   o th er   o n ca n   p r o d u ce   b etter   q u ali ty   o f   am p lific atio n .       R E F E R E NC E   [1 ]   P.  Urq u h a rt ,   Ad v a n c e s in   Op ti c a Am p li fiers ,   Cro a ti a I n T e c h ,   2 0 1 1 .   d o i:   1 0 . 5 7 7 2 / 5 7 1     [2 ]   Ky riak o s   E .   Z o iro s,   S p e c ial  Iss u e   o n   A p p li c a ti o n o S e m ico n d u c t o Op ti c a Am p l ifi e rs ,   Ap p li e d   S c ien c e s ,   2 0 1 7 .   [3 ]   H.   Bh a g wa n ,   T.   G u lati  a n d   B.   R a wa t,   Ev a lu a ti o n   o Op ti c a A m p li fiers , ”  In ter n a t io n a J o u rn a l   o En g in e e rin g   Res e a rc h   a n d   A p p li c a ti o n s (IJER A),   v o l,   2 ,   n o .   1,   p p .   6 6 3 - 6 6 7 ,   2 0 1 2 .   [4 ]   S.  Ku m a r ,   I.   Ba la,  a n d   A.  S in g h a l,   Op ti c a F ib e Co m m u n ica ti o n   S y ste m   P e rfo rm a n c e   Us in g   M ZI  S witch in g ,   In ter n a t io n a J o u rn a o S o f Co m p u ti n g   &   En g in e e rin g   ( IJ S CE ) v o l.   2 ,   n o .   3,   p p .   98 - 1 0 7 ,   2 0 1 2 .     [5 ]   S.  Olo n k in s ,   e t.   a l,   Co m p a riso n   o S e m ico n d u c to Op t ica Am p li fier  a n d   Disc re te  Ra m a n   Am p li fier  P e rfo rm a n c e     in   DWDM   S y ste m s ,   El e c tro n ics   a n d   El e c trica E n g in e e rin g ,   v o l.   7 ,   n o .   1 2 3 ,   p p .   1 3 3 - 1 3 6 ,   2 0 1 2 .   [6 ]   V.  Bo b ro v s ,   e t.   a l ,   Co m p a ra ti v e   p e rf o rm a n c e   o f   Ra m a n - S OA   a n d   Ra m a n -   EDF A   h y b rid   o p ti c a a m p li fier s     in   DWDM   t ra n sm issio n   s y ste m s ,   In d i a n   J o u rn a o P h a rm a c e u ti c a S c ien c e s v o l .   8 ,   n o .   3 9 ,   p p .   1 8 9 8 - 1 9 0 6 ,   2 0 1 3   [7 ]   P.  Ja in ,   B .   Ko u sh a l ,   a n d   S .   Ja i n ,   P e rfo rm a n c e   a n a ly sis  o d if fe re n Hy b ri d   o p ti c a a m p li f ier  d u e   t o   v a r y in g   Tran sm issio n   d istan c e   a 1 0   G b p s ,   In ter n a ti o n a l   J o u r n a o Eme rg in g   T e c h n o lo g ies   in   C o mp u ta ti o n a a n d   Ap p li e d   S c ien c e s,  p p .   2 4 6 - 2 5 0 ,   2 0 1 3 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         C o mp a r a tive  p erfo r ma n ce   o o p tica a mp lifi ers :   R a ma n   a n d   E DF A   ( K h a lis   A .   Mo h a mme d )   1707   [8 ]   S .   Bh a sk a r ,   M . a n d   R.   Ka u r ,   P e rfo rm a n c e   Co m p a riso n   o d iffe re n h y b ri d   a m p li fiers   f o d iffer e n n u m b e rs  o f   c h a n n e ls,”   In ter n a ti o n a J o u rn a o A d v a n c e d   C o mp u ter   S c ien c e   a n d   A p p li c a ti o n s ,   p p .   1 9 - 2 5 ,   2 0 1 1 .   [9 ]   Dip ik a   D.  P ra d h a n   a n d   A b h i las h   M a n d l o i,   P e rfo rm a n c e   An a ly sis  o F lat  G a in   Wi d e b a n d   Ra m a n   A m p li fier  fo S + a n d   C+ Ba n d   DWDM   S y ste m ,   Hin d a w A d v a n c e s in   Op t o El e c tro n ics v o l .   2 0 1 8 ,   p p .   1 - 7 ,   2 0 1 8 .   [1 0 ]   L.  G a ld in o ,   A.   Ed wa r d s,  M .   I o n e sc u ,   J.  Ja m e s,  W.   P e lo u c h ,   E.   S il lek e n s,   D.  S e m ra u ,   D.   Lav e r y ,   R .   I.   Kill e y ,     S .   Ba rn e s,  P .   Ba y v e l,   a n d   S   De sb ru sla is,  1 2 0   T b it /s  Tran sm issio n   o v e S in g le  M o d e   F ib re   u si n g C o n ti n u o u 9 1   n m   Hy b ri d   Ra m a n - EDF A Am p li fica t i on ,   p h y sic s.a p p - p h ,   a rXiv : 1 8 0 4 . 0 1 8 4 5 v 1 ,   2 0 1 8 .     [1 1 ]   Kh a li A.  M o h a m m e d ,   M o le  F ra c ti o n   Eff e c o n   S e m ico n d u c to r   Op ti c a Am p li fier   S p e c ifi c a ti o n s ,”   Al - Ra fi d a in   En g i n e e rin g v o l.   1 8 ,   n o.   6 ,   p p .   6 1 - 6 9 ,   2 0 1 0 .     [1 2 ]   M o h a m m e d   N.  Isla m ,   Ra m a n   Am p li fiers   fo Tele c o m m u n ica ti o n 1 P h y sic a l   P r in c ip les ,   S p ri n g e r,  US A ,   2 0 0 4 .     [1 3 ]   Vijay   Ra o   Ku m b h a re ,   Ra m a n   Am p li fier  Ch a ra c teristics   with   V a riatio n   o S i g n a P o we a n d   P u m p   P o we with     a n d   Wi t h o u Am p li f ied   S p o n tan e o u Emiss io n ,”   IJ CA  Pro c e e d i n g o n   I n ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   Rec e n T re n d s   &   Ad v a n c e me n ts i n   E n g i n e e rin g   T e c h n o l o g y ,   n o .   2 ,   2 0 1 5 .   [1 4 ]   S o n g   Hu ,   Ha n y Z h a n g ,   a n d   Yili   G u o ,   " S ti ff n e ss   a n a ly sis  in   t h e   n u m e rica so lu ti o n   o Ra m a n   a m p li f ier  p ro p a g a ti o n   e q u a ti o n s ,”   Op ti c a S o c iety   o f   Am e ric a   (OSA)   p u b li s h in g ,   v o l .   1 2 ,   n o .   8 ,   p p .   1 6 5 6 - 1 6 6 4 ,   2 0 0 4 .   [1 5 ]   De su rv ire Erb i u m - d o p e d   f ib e a m p li fiers p ri n c ip les   a n d   a p p li c a ti o n s W il e y - In ter sc ien c e ,   1 9 9 4 .   [1 6 ]   X.  Li u   a n d   B.   Lee ,   fa st  a n d   sta b le  m e th o d   fo Ra m a n   a m p li fier  p ro p a g a ti o n   e q u a ti o n s ,   Op t ica S o c iety   o f   Ame ric a   (OS A)  p u b l ish i n g ,   v o l.   1 1 ,   n o .   1 8 ,   p p .   2 1 6 3 - 2 1 7 ,   2 0 0 3 .     [1 7 ]   C.   He a d ley   a n d   G .   P .   A g ra wa l,   Ra m a n   Am p li fica ti o n   i n   F i b e Op ti c a Co m m u n ica ti o n   S y ste m s ,   El s e v ier   Ac a d e m ic  P re ss ,   USA,   2 0 0 5 .   [1 8 ]   B.   M i n ,   W .   J.  Lee ,   a n d   N .   P a rk ,   Eff icie n F o rm u latio n   o Ra m a n   Am p li fier  P r o p a g a ti o n   Eq u a ti o n with   Av e ra g e   P o we An a ly sis ,   IE EE   P h o t o n ics   T e c h n o l o g y   L e tt e rs v o l.   12 ,   n o .   1 1 ,   p p .   1 4 8 - 1 4 8 8 ,   2 0 0 0 .   [1 9 ]   C.   R.   G il e a n d   E.   De su rv ire,   M o d e li n g   e rb i u m - d o p e d   fib e r   a m p li fiers ,   J o u rn a l   o f   L ig h t - wa v e   T e c h n o lo g y v o l .   9 n o .   2 ,   p p .   2 7 1 - 2 8 3 ,   1 9 9 1 .   [2 0 ]   Op ti wa v e   Co r p o ra ti o n ,   Op ti S y st e m   G e tt in g   S tarte d ,   Op ti c a Co m mu n ica t io n   S y ste m De sig n   S o ft wa re ,   2 0 0 3   [2 1 ]   S a ws a n   A.  Ab d u l -   M a ji d ,   " S o ftwa re   S imu latio n   F WM   in   WD M   Op t ica Co m m u n ica ti o n   S y ste m s , J o u rn a o Kirk u k   Un ive rs it y     S c ien ti fi c   S t u d ies ,   v o l.   6 ,   n o.   1 ,   p p .   7 4 - 9 0 ,   2 0 1 1 .   [2 2 ]   X.Ya n g ,   Y.   He c h a o ,   Th e   Ap p li c a ti o n   o O p ti S y ste m   in   Op t ica F i b e Co m m u n ica ti o n   E x p e rime n ts ,   P ro c e e d in g s   o t h e   T h ird   I n ter n a ti o n a S y mp o siu o n   C o mp u ter   S c ien c e   a n d   Co mp u t a ti o n a T e c h n o lo g y   ( IS C S CT   1 0 )   Ch i n a ,     p p .   3 7 6 - 378 ,   2 0 1 0   [2 3 ]   Jih u a   Zh u Xu a n lu   Xia o Yu a n   L u o   An   e x p e rime n tea c h i n g   m e th o d   b a se d   o n   th e   Op t isy ste m   sim u latio n   p latfo rm ,   Pro c .   S PI 1 0 4 5 2 ,   ET OP ,   2 0 1 7 .   [ 2 4 ]   K h a l i s   A .   M o h a m m e d ,   Ma a n   M .   S h a k e r   a n d   M o z a h i m   I .   A z a w e ,   D y n a m i c   S i m u l a t i o n s   o f   S e m i c o n d u c t o r   O p t i c a l   A m p l i f i e r   b y   A n a l y t i c a l   S o l u t i o n   o f   T r a v e l i n g - W a v e   E q u a t i o n ,”   Al - R a f i d a i n   E n g i n e e r i n g ,   v o l .   17 ,   n o.   1 ,   p p .   2 6 - 3 3 1 ,   2009.   [2 5 ]   Ka ra se k   e a l. ,   " Hy b rid   Am p li fier s De sig n e d   f o Lo c a Are a   Ne two rk s , IE Pro c . - O p to e lec tro n .,   2 0 0 1 .         B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS      K h a li As a ' a d   Mo h a m m e d   w o rk a No r th e rn   Tec h n ica U n iv e rsity /E n g in e e rin g   Tec h n ica l   C o l l e g e   M o s u l - I r a q / D e p a r t m e n t   o f   C o m p u t e r   T e c h n o l o g y   E n g i n e e r i n g .   H e   r e c e i v e d   B . S c .   d e g r e e     i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g / E l e c t r o n i c   a n d   C o m m u n i c a t i o n   E n g i n e e r i n g   f r o m   U n i v e r s i t y     o f   M o s u l - I r a q   i n   1 9 9 0 ,   M . S c .   d e g r e e   i n   E l e c t r o n i c   a n d   C o m m u n i c a t i o n   E n g i n e e r i n g   f r o m   U n i v e r s i t y   o f   M o s u l - I r a q   i n   2 0 0 1 .   H i s   r e s e a r c h   i n t e r e s t s   a n d   a c t i v i t y   a r e   O p t i c a l   C o m m u n i c a t i o n   a n d     D i g i t a l   E l e c t r o n i c s .   H e   t e a c h e s   d i g i t a l   E l e c t r o n i c s ,   d i g i t a l   t e c h n i q u e s   a n d   d i g i t a l   c i r c u i t s   f o r   u n d e r g r a d u a t e   s t u d e n t s .         Ba sm a   M o h a m m e d K a m a Y o u n is   wo r k a t   No rt h e rn   Tec h n ica Un i v e rsity /E n g in e e rin g   Tec h n ica Co ll e g e - M o su l -   Ira q / D e p a rtme n o C o m p u ter  Tec h n o lo g y   E n g in e e rin g .   S h e   re c e iv e d   B. S c .   d e g re e   i n   e lec tri c a e n g in e e rin g / El e c tro n ic  a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g i n e e rin g   fro m   Un iv e rsity   o M o su l - Ira q   in   1 9 9 5 ,   M . S c .   d e g re e   in   c o m p u ter  e n g in e e rin g   fro m   Un iv e rsity     o M o s u l -   Ira q   i n   2 0 0 0   a n d   P h . D.   d e g re e   in   c o m p u ter  e n g i n e e rin g / M icro p r o c e ss o rs  Arc h it e c tu re   fro m   Un i v e rsity   o f   M o su l - Ira q   in   2 0 0 7 .   He re se a rc h   in tere sts  a n d   a c ti v it y   a re   Emb e d d e d   S y ste m   De sig n   u si n g   F P G a n d   C o m p u t e r   G r a p h i c s .   N o w ,   s h e   t e a c h e s   A d v a n c e d   D i g i t a l   E l e c t r o n i c s ,   M i c r o p r o c e s s o r s   B a s e d   S y s t e m s   a n d   E m b e d d e d   S y s t e m s   f o r   p o s t g r a d u a t e   a n d   u n d e r g r a d u a t e   s t u d e n t s .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.