Wzmacniacze optyczne w dziedzinie komunikacji światłowodowej
An wzmacniacz optycznyTo urządzenie wzmacniające sygnały optyczne. W dziedzinie komunikacji światłowodowej pełni ono następujące funkcje: 1. Wzmacnianie i podwyższanie mocy optycznej. Umieszczenie wzmacniacza optycznego na przednim końcu nadajnika optycznego pozwala na zwiększenie mocy optycznej wchodzącej do światłowodu. 2. Wzmacnianie przekaźników online, zastępujące istniejące repeatery w systemach komunikacji światłowodowej. 3. Wzmacnianie wstępne: Przed fotodetektorem po stronie odbiorczej, słaby sygnał świetlny jest wzmacniany wstępnie 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 (Wzmacniacz optyczny EDFA), itd. 3. Nieliniowe wzmacniacze światłowodowe, takie jak wzmacniacze Ramana światłowodowe itp. Poniżej znajduje się krótki wstęp.
1. Wzmacniacze optyczne półprzewodnikowe: W różnych warunkach zastosowania i przy różnym współczynniku odbicia, lasery półprzewodnikowe mogą wytwarzać różne typy wzmacniaczy optycznych. Jeśli prąd sterujący lasera półprzewodnikowego jest niższy od jego progu, tj. laser nie jest generowany, na jednym końcu podawany jest sygnał optyczny. Dopóki częstotliwość tego sygnału optycznego znajduje się w pobliżu środka widmowego lasera, będzie on wzmacniany i wyprowadzany z drugiego końca. Tego rodzajuwzmacniacz optyczny półprzewodnikowynazywany jest wzmacniaczem optycznym typu Fabry'ego-Perropa (FP-SLA). Jeśli laser jest spolaryzowany powyżej progu, słaby jednomodowy sygnał optyczny podawany z jednego końca, o ile częstotliwość tego sygnału optycznego mieści się w widmie tego lasera wielomodowego, sygnał optyczny zostanie wzmocniony i zsynchronizowany z określonym modem. Ten rodzaj wzmacniacza optycznego nazywany jest wzmacniaczem typu z synchronizacją wtryskową (IL-SLA). Jeśli dwa końce lasera półprzewodnikowego są pokryte warstwą lustrzaną lub naparowane warstwą antyrefleksyjną, co sprawia, że jego emisyjność jest bardzo mała i nie może utworzyć wnęki rezonansowej Fabry'ego-Perrowa, gdy sygnał optyczny przechodzi przez aktywną warstwę falowodu, zostanie wzmocniony w trakcie podróży. Dlatego ten typ wzmacniacza optycznego nazywany jest wzmacniaczem optycznym z falą bieżącą (TW-SLA), a jego struktura jest pokazana na poniższym rysunku. Ponieważ pasmo przenoszenia wzmacniacza optycznego z falą bieżącą jest o trzy rzędy wielkości większe od pasma przenoszenia wzmacniacza Fabry’ego-Perota, a jego pasmo przenoszenia wynoszące 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 do kilkudziesięciu metrów. Domieszki te to głównie jony pierwiastków ziem rzadkich, które tworzą materiał aktywujący laser; Druga to źródło pompujące laser, które dostarcza energię o odpowiednich długościach fal, aby wzbudzić domieszkowane jony pierwiastków ziem rzadkich w celu wzmocnienia światła. Trzecia to sprzęgacz, który umożliwia sprzężenie światła pompującego i sygnału świetlnego w domieszkowanym materiale aktywującym włókno optyczne. Zasada działania wzmacniacza światłowodowego jest bardzo podobna do zasady działania lasera na ciele stałym. Powoduje on odwrócony stan rozkładu liczby cząstek w materiale aktywowanym laserowo i generuje promieniowanie stymulowane. Aby uzyskać stabilny stan z odwróconą liczbą cząstek, w przejściu optycznym powinny być zaangażowane więcej niż dwa poziomy energetyczne, zazwyczaj układy trzy- i czteropoziomowe, z ciągłym zasilaniem energią ze źródła pompującego. Aby skutecznie dostarczać energię, długość fali fotonu pompującego powinna być krótsza niż fotonu laserowego, czyli energia fotonu pompującego powinna być większa niż energia fotonu laserowego. Ponadto wnęka rezonansowa tworzy dodatnie sprzężenie zwrotne, co pozwala na utworzenie wzmacniacza laserowego.
3. Nieliniowe wzmacniacze światłowodowe: Zarówno nieliniowe wzmacniacze światłowodowe, jak i wzmacniacze światłowodowe erbowe należą do kategorii wzmacniaczy światłowodowych. Jednak te pierwsze wykorzystują nieliniowy efekt włókien kwarcowych, podczas gdy te drugie wykorzystują włókna kwarcowe domieszkowane erbem do oddziaływania na ośrodki aktywne. Zwykłe światłowody kwarcowe generują silne efekty nieliniowe pod wpływem silnego światła pompującego o odpowiednich długościach fal, takiego jak wymuszone rozpraszanie Ramana (SRS), wymuszone rozpraszanie Brillouina (SBS) oraz efekty mieszania czterech fal. Gdy sygnał jest przesyłany światłowodem wraz ze światłem pompującym, światło sygnałowe może zostać wzmocnione. W ten sposób tworzą one światłowodowe wzmacniacze 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