Распространенный тип оптического усилителя, используемый в оптической связи.

Распространенный типоптический усилительиспользуется в оптической связи

При передаче оптических сигналов по оптическим волокнам с увеличением расстояния сигналы постепенно ослабевают и даже могут вызывать сбои в связи… До появления оптических усилителей они были подобны «заправочной станции», пополняющей энергию оптических сигналов, чтобы они могли бесперебойно передавать данные к месту назначения. В этом выпуске мы познакомим вас с распространенным оптическим усилителем в оптической связи –волоконный усилитель, легированный эрбием(Оптический усилитель EDFA).

Усилитель на основе легированного эрбием волокна, как следует из названия, состоит из редкоземельного элемента — эрбия (Er), внедренного в кварцевое волокно. Когда входной оптический сигнал проходит через легированное эрбием волокно, трехвалентные ионы эрбия (Er³⁺) поглощают энергию накачки и переходят на более высокий энергетический уровень. Число частиц в возбужденном состоянии инвертируется. Под воздействием входного сигнального света возбужденные ионы редкоземельных элементов подвергаются стимулированному излучению и испускают фотоны той же частоты, что и сигнальный свет, тем самым обеспечивая оптическое усиление.
Компоненты, из которых состоитОптический усилитель EDFAВ целом, оптические разветвители включают в себя оптические соединители (часто использующие мультиплексоры с разделением по длинам волн (WDM)), оптические изоляторы, волокна, легированные эрбием, фильтры и источники накачки. Среди них оптический разветвитель искусно объединяет входящий свет и свет накачки, обеспечивая точное введение сигнала в волокно, легированное эрбием; роль оптического изолятора заключается в подавлении ненужных отражений света в оптическом тракте для предотвращения образования нежелательных помеховых сигналов, обеспечивая однонаправленную передачу сигнала; оптический фильтр удаляет нежелательный шум для улучшения отношения сигнал-шум и обеспечения четкости передачи информации.
В настоящее время исследователи разрабатывают двухдиапазонные волоконные усилители (DBFA) и сверхширокополосные усилители (UWOA), стремясь расширить полосу пропускания усиления до всего частотного диапазона мультиплексирования с разделением по длинам волн (WDM). Недавно объединенная исследовательская группа из европейских исследовательских институтов разработала параметрический усилитель бегущей волны на основе фотонных чипов. Благодаря компактной структуре он обеспечивает сверхширокополосное усиление сигнала с полосой пропускания 140 нм (в три раза больше, чем у традиционного EDFA), а его объем уменьшен до сантиметрового уровня, что обеспечивает сверхвысокоскоростную поддержку для центров обработки данных и вычислений в области искусственного интеллекта. Эти «суперусилители» будут поддерживать передачу более ста длин волн на одно волокно, закладывая основу для голографической связи, интеллектуальных заводов и других приложений в эпоху 6G.