Optické zosilňovače v oblasti optickej komunikácie
An optický zosilňovačje zariadenie, ktoré zosilňuje optické signály. V oblasti optickej komunikácie plní hlavne nasledujúce úlohy: 1. Zvyšovanie a zosilňovanie optického výkonu. Umiestnením optického zosilňovača na predný koniec optického vysielača je možné zvýšiť optický výkon vstupujúci do vlákna. 2. Zosilňovanie online relé, ktoré nahrádza existujúce opakovače v systémoch optickej komunikácie; 3. Predzosilnenie: Pred fotodetektorom na prijímacom konci je slabý svetelný signál predzosilnený, aby sa zvýšila citlivosť príjmu.
V súčasnosti optické zosilňovače používané v optickej komunikácii zahŕňajú najmä tieto typy: 1. Polovodičový optický zosilňovač (Optický zosilňovač SOA)/Polovodičový laserový zosilňovač (optický zosilňovač SLA); 2. Vláknové zosilňovače dopované vzácnymi zeminami, ako napríklad vláknové zosilňovače dopované návnadou (Optický zosilňovač EDFA) atď. 3. Nelineárne optické zosilňovače, ako napríklad optické Ramanove zosilňovače atď. Nasleduje stručný úvod.
1. Polovodičové optické zosilňovače: Za rôznych podmienok použitia a s rôznou odrazivosťou čelnej plochy môžu polovodičové lasery vytvárať rôzne typy polovodičových optických zosilňovačov. Ak je budiaci prúd polovodičového laseru nižší ako jeho prahová hodnota, t. j. laser sa negeneruje, v tomto momente sa na jeden koniec privádza optický signál. Pokiaľ je frekvencia tohto optického signálu blízko spektrálneho stredu laseru, bude zosilnený a na výstupe bude vysielaný z druhého konca. Tento druhpolovodičový optický zosilňovačsa nazýva optický zosilňovač typu Fabry-Perrop (FP-SLA). Ak je laser predpätý nad prahovou hodnotou, slabý jednomódový optický signál vstupuje z jedného konca, pokiaľ je frekvencia tohto optického signálu v spektre tohto multimódového laseru, optický signál sa zosilní a uzamkne na určitý mód. Tento typ optického zosilňovača sa nazýva zosilňovač typu injection-locked (IL-SLA). Ak sú dva konce polovodičového laseru zrkadlovo pokryté alebo naparené vrstvou antireflexnej fólie, čím sa jeho emisivita veľmi zmenší a nie je možné vytvoriť rezonančnú dutinu Fabry-Perrow, keď optický signál prechádza aktívnou vlnovodovou vrstvou, bude počas prechodu zosilnený. Preto sa tento typ optického zosilňovača nazýva optický zosilňovač typu postupnej vlny (TW-SLA) a jeho štruktúra je znázornená na nasledujúcom obrázku. Pretože šírka pásma optického zosilňovača typu postupnej vlny je o tri rády väčšia ako šírka pásma zosilňovača typu Fabry-Perot a jeho šírka pásma 3 dB môže dosiahnuť 10 THz, dokáže zosilniť optické signály rôznych frekvencií a je to veľmi sľubný optický zosilňovač.
2. Vláknový zosilňovač dopovaný návnadou: Skladá sa z troch častí: Prvou je dopované vlákno s dĺžkou od niekoľkých metrov do desiatok metrov. Tieto nečistoty sú prevažne ióny vzácnych zemín, ktoré tvoria materiál na aktiváciu laseru; Druhou je zdroj laserového čerpadla, ktorý poskytuje energiu vhodných vlnových dĺžok na excitáciu dopovaných iónov vzácnych zemín, aby sa dosiahlo zosilnenie svetla. Treťou je spojka, ktorá umožňuje, aby sa svetlo čerpadla a signálne svetlo prepojili s dopovaným materiálom na aktiváciu optického vlákna. Princíp fungovania vláknového zosilňovača je veľmi podobný princípu laseru v pevnej fáze. Spôsobuje obrátený stav rozloženia počtu častíc v materiáli aktivovanom laserom a generuje stimulované žiarenie. Na vytvorenie stabilného stavu inverzného rozloženia počtu častíc by sa do optického prechodu mali zapojiť viac ako dve energetické hladiny, typicky trojúrovňové a štvorúrovňové systémy, s nepretržitým prívodom energie zo zdroja čerpania. Aby sa energia dodávala efektívne, vlnová dĺžka fotónu čerpania by mala byť kratšia ako vlnová dĺžka fotónu laseru, to znamená, že energia fotónu čerpania by mala byť väčšia ako energia fotónu laseru. Okrem toho rezonančná dutina vytvára kladnú spätnú väzbu, a tak môže byť vytvorený laserový zosilňovač.
3. Nelineárne vláknové zosilňovače: Nelineárne vláknové zosilňovače aj erbiové vláknové zosilňovače patria do kategórie vláknových zosilňovačov. Prvé však využívajú nelineárny efekt kremenných vlákien, zatiaľ čo druhé využívajú erbiom dopované kremenné vlákna na pôsobenie na aktívne médium. Bežné kremenné optické vlákna generujú silné nelineárne efekty pôsobením silného čerpacieho svetla vhodných vlnových dĺžok, ako je stimulovaný Ramanov rozptyl (SRS), stimulovaný Brillouinov rozptyl (SBS) a štvorvlnové miešacie efekty. Keď sa signál prenáša pozdĺž optického vlákna spolu s čerpacím svetlom, signálne svetlo sa môže zosilniť. Preto tvoria vláknové Ramanove zosilňovače (FRA), Brillouinove zosilňovače (FBA) a parametrické zosilňovače, ktoré sú všetky distribuované vláknové zosilňovače.
Súhrn: Spoločným smerom vývoja všetkých optických zosilňovačov je vysoký zisk, vysoký výstupný výkon a nízke šumové číslo.
Čas uverejnenia: 8. mája 2025