Оптични усилватели в областта на оптичните влакнести комуникации
An оптичен усилвателе устройство, което усилва оптичните сигнали. В областта на оптичната комуникация, то играе основно следните роли: 1. Усилване и усилване на оптичната мощност. Чрез поставяне на оптичния усилвател в предния край на оптичния предавател, оптичната мощност, влизаща във влакното, може да се увеличи. 2. Онлайн релейно усилване, заместващо съществуващите ретранслатори в оптичните комуникационни системи; 3. Предварително усилване: Преди фотодетектора в приемащия край, слабият светлинен сигнал се усилва предварително, за да се подобри чувствителността на приемане.
Понастоящем оптичните усилватели, използвани в оптичните комуникации, включват главно следните видове: 1. Полупроводников оптичен усилвател (SOA Оптичен усилвател)/Полупроводников лазерен усилвател (SLA оптичен усилвател); 2. Усилватели с влакна, легирани с редкоземни елементи, като например усилватели с влакна, легирани с примамка (EDFA Оптичен усилвател) и др. 3. Нелинейни оптични усилватели, като например оптични раманови усилватели и др. Следва кратко въведение съответно.
1. Полупроводникови оптични усилватели: При различни условия на приложение и с различна отражателна способност на челните повърхности, полупроводниковите лазери могат да произвеждат различни видове полупроводникови оптични усилватели. Ако управляващият ток на полупроводниковия лазер е по-нисък от неговия праг, т.е. не се генерира лазер, тогава оптичен сигнал се подава към единия край. Докато честотата на този оптичен сигнал е близо до спектралния център на лазера, той ще бъде усилен и ще се изведе от другия край. Този видполупроводников оптичен усилвателсе нарича оптичен усилвател тип Фабри-Пероу (FP-SLA). Ако лазерът е насочен над прага на слаб едномодов оптичен сигнал, който се подава от единия край, стига честотата на този оптичен сигнал да е в спектъра на този многомодов лазер, оптичният сигнал ще бъде усилен и заключен в определен режим. Този вид оптичен усилвател се нарича усилвател тип инжекционно заключен (IL-SLA). Ако двата края на полупроводников лазер са покрити с огледално покритие или са напарени със слой антиотражателен филм, това прави неговата емисионна способност много малка и не може да образува резонансна кухина на Фабри-Пероу, когато оптичният сигнал преминава през активния вълноводен слой, той ще бъде усилен по време на пътуването си. Следователно, този тип оптичен усилвател се нарича оптичен усилвател тип пътуваща вълна (TW-SLA) и неговата структура е показана на следващата фигура. Тъй като честотната лента на оптичния усилвател тип „пътуваща вълна“ е с три порядъка по-голяма от тази на усилвателя тип „Фабри-Перо“, а неговата честотна лента от 3dB може да достигне 10THz, той може да усилва оптични сигнали с различни честоти и е многообещаващ оптичен усилвател.
2. Усилвател с влакна, легирани с примамка: Състои се от три части: Първата е легирано влакно с дължина от няколко метра до десетки метра. Тези примеси са главно редкоземни йони, които образуват материала за лазерна активация; Втората е източникът на лазерна помпа, който осигурява енергия с подходящи дължини на вълните за възбуждане на легираните редкоземни йони, за да се постигне усилване на светлината. Третата е разклонителят, който позволява на помпената светлина и сигналната светлина да се свържат с легирания материал за активиране на оптичното влакно. Принципът на работа на влакнестия усилвател е много подобен на този на твърдотелен лазер. Той причинява обърнато състояние на разпределение на броя на частиците в лазерно активирания материал и генерира стимулирано лъчение. За да се създаде стабилно състояние на инверсно разпределение на броя на частиците, в оптичния преход трябва да участват повече от две енергийни нива, обикновено тристепенни и четиристепенни системи, с непрекъснато подаване на енергия от източник на помпа. За да се осигури ефективно енергия, дължината на вълната на помпения фотон трябва да е по-къса от тази на лазерния фотон, т.е. енергията на помпения фотон трябва да е по-голяма от тази на лазерния фотон. Освен това, резонансната кухина образува положителна обратна връзка и по този начин може да се образува лазерен усилвател.
3. Нелинейни влакнести усилватели: Както нелинейните влакнести усилватели, така и ербиевите влакнести усилватели попадат в категорията на влакнестите усилватели. Първите обаче използват нелинейния ефект на кварцовите влакна, докато вторите използват кварцови влакна, легирани с ербий, за да въздействат върху активна среда. Обикновените кварцови оптични влакна генерират силни нелинейни ефекти под действието на силна помпена светлина с подходящи дължини на вълната, като например стимулирано раманово разсейване (SRS), стимулирано брилюеново разсейване (SBS) и четиривълнови смесителни ефекти. Когато сигналът се предава по оптичното влакно заедно с помпената светлина, сигналната светлина може да бъде усилена. По този начин те образуват влакнести раманови усилватели (FRA), брилюенови усилватели (FBA) и параметрични усилватели, всички от които са разпределени влакнести усилватели.
Резюме: Общата насока на развитие на всички оптични усилватели е високо усилване, висока изходна мощност и нисък коефициент на шум.
Време на публикуване: 08 май 2025 г.