Wzmacniacze optyczne w dziedzinie komunikacji światłowodowej
An wzmacniacz optycznyjest urządzeniem wzmacniającym sygnały optyczne. W dziedzinie komunikacji światłowodowej odgrywa głównie następujące role: 1. Wzmacnianie i wzmacnianie mocy optycznej. Umieszczając wzmacniacz optyczny na przednim końcu nadajnika optycznego, można zwiększyć moc optyczną wchodzącą do włókna. 2. Wzmacnianie przekaźnika online, zastępujące istniejące przekaźniki w systemach komunikacji światłowodowej; 3. Wstępne wzmocnienie: Przed fotodetektorem na końcu odbiorczym słaby sygnał świetlny jest wstępnie wzmacniany w celu zwiększenia czułości odbioru.
Obecnie wzmacniacze optyczne stosowane w komunikacji światłowodowej obejmują głównie następujące typy: 1. Wzmacniacz optyczny półprzewodnikowy (Wzmacniacz optyczny SOA)/Wzmacniacz laserowy półprzewodnikowy (wzmacniacz optyczny SLA); 2. Wzmacniacze światłowodowe domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich, takie jak wzmacniacze światłowodowe domieszkowane przynętą (EDFA Wzmacniacz optyczny), itp. 3. Nieliniowe wzmacniacze światłowodowe, takie jak wzmacniacze światłowodowe Ramana itp. Poniżej znajduje się krótki wstęp.
1. Wzmacniacze optyczne półprzewodnikowe: W różnych warunkach zastosowania i przy różnym odbiciu powierzchni czołowej lasery półprzewodnikowe mogą wytwarzać różne typy wzmacniaczy optycznych półprzewodnikowych. Jeśli prąd napędowy lasera półprzewodnikowego jest niższy od jego progu, to znaczy, że nie jest generowany żaden laser, w tym momencie sygnał optyczny jest wprowadzany do jednego końca. Dopóki częstotliwość tego sygnału optycznego znajduje się w pobliżu środka widmowego lasera, będzie on wzmacniany i wyprowadzany z drugiego końca. Ten rodzajwzmacniacz optyczny półprzewodnikowynazywany jest wzmacniaczem optycznym typu Fabry-Perrop (FP-SLA). Jeśli laser jest spolaryzowany powyżej progu, słaby sygnał optyczny jednomodowy wprowadzany z jednego końca, o ile częstotliwość tego sygnału optycznego mieści się w widmie tego lasera wielomodowego, sygnał optyczny zostanie wzmocniony i zablokowany w określonym trybie. Ten rodzaj wzmacniacza optycznego nazywany jest wzmacniaczem typu iniction-locked (IL-SLA). Jeśli dwa końce lasera półprzewodnikowego są pokryte warstwą lustrzaną lub odparowane warstwą folii antyrefleksyjnej, co sprawia, że jego emisyjność jest bardzo mała i nie jest w stanie utworzyć rezonansowej wnęki Fabry-Perrowa, gdy sygnał optyczny przechodzi przez aktywną warstwę falowodu, zostanie wzmocniony podczas podróży. Dlatego ten typ wzmacniacza optycznego nazywany jest wzmacniaczem optycznym typu fali bieżącej (TW-SLA), a jego struktura jest pokazana na poniższym rysunku. Ponieważ szerokość pasma wzmacniacza optycznego z falą bieżącą jest o trzy rzędy wielkości większa od szerokości pasma wzmacniacza Fabry’ego-Perota, a jego szerokość pasma wynosząca 3 dB może osiągnąć 10 THz, może on wzmacniać sygnały optyczne o różnych częstotliwościach i jest bardzo obiecującym wzmacniaczem optycznym.
2. Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany przynętą: Składa się z trzech części: Pierwsza to domieszkowane włókno o długości od kilku metrów do kilkudziesięciu metrów. Te zanieczyszczenia to głównie jony ziem rzadkich, które tworzą materiał aktywujący laser; Druga to źródło pompujące lasera, które dostarcza energię o odpowiednich długościach fal, aby wzbudzić domieszkowane jony ziem rzadkich w celu uzyskania wzmocnienia światła. Trzecia to sprzęgacz, który umożliwia sprzężenie światła pompującego i światła sygnałowego w domieszkowanym materiale aktywującym włókno optyczne. Zasada działania wzmacniacza światłowodowego jest bardzo podobna do zasady działania lasera półprzewodnikowego. Powoduje on odwrócony stan rozkładu liczby cząstek w materiale aktywowanym laserowo i generuje stymulowane promieniowanie. Aby utworzyć stabilny stan rozkładu inwersji liczby cząstek, w przejściu optycznym powinny brać udział więcej niż dwa poziomy energii, zwykle układy trzypoziomowe i czteropoziomowe, z ciągłym dostarczaniem energii ze źródła pompującego. Aby skutecznie dostarczać energię, długość fali fotonu pompującego powinna być krótsza niż fotonu laserowego, to znaczy, że energia fotonu pompującego powinna być większa niż energia fotonu laserowego. Ponadto, wnęka rezonansowa tworzy dodatnie sprzężenie zwrotne, a zatem może powstać wzmacniacz laserowy.
3. Wzmacniacze światłowodowe nieliniowe: Zarówno wzmacniacze światłowodowe nieliniowe, jak i wzmacniacze światłowodowe erbowe zaliczają się do kategorii wzmacniaczy światłowodowych. Jednak pierwsze wykorzystują nieliniowy efekt włókien kwarcowych, podczas gdy drugie wykorzystują włókna kwarcowe domieszkowane erbem do działania na aktywne media. Zwykłe światłowody kwarcowe będą generować silne efekty nieliniowe pod wpływem silnego światła pompującego o odpowiednich długościach fal, takiego jak wymuszone rozpraszanie Ramana (SRS), wymuszone rozpraszanie Brillouina (SBS) i efekty mieszania czterech fal. Gdy sygnał jest przesyłany wzdłuż włókna optycznego wraz ze światłem pompującym, światło sygnałowe może zostać wzmocnione. W ten sposób tworzą one wzmacniacze światłowodowe Ramana (FRA), wzmacniacze Brillouina (FBA) i wzmacniacze parametryczne, z których wszystkie są rozproszonymi wzmacniaczami światłowodowymi.
Podsumowanie: Wspólnym kierunkiem rozwoju wszystkich wzmacniaczy optycznych jest duże wzmocnienie, duża moc wyjściowa i niski współczynnik szumów.
Czas publikacji: 08-05-2025