Оптические усилители в области волоконно-оптической связи
An оптический усилительэто устройство, которое усиливает оптические сигналы. В области оптоволоконной связи он в основном играет следующие роли: 1. Усиление и усиление оптической мощности. Размещая оптический усилитель на переднем конце оптического передатчика, можно увеличить оптическую мощность, входящую в волокно. 2. Усиление ретрансляции в режиме реального времени, заменяющее существующие повторители в системах оптоволоконной связи; 3. Предварительное усиление: Перед фотодетектором на приемном конце слабый световой сигнал предварительно усиливается для повышения чувствительности приема.
В настоящее время оптические усилители, используемые в волоконно-оптической связи, в основном включают следующие типы: 1. Полупроводниковый оптический усилитель (Оптический усилитель SOA)/Полупроводниковый лазерный усилитель (оптический усилитель SLA); 2. Волоконные усилители, легированные редкоземельными элементами, такие как волоконные усилители, легированные приманкой (Оптический усилитель EDFA) и т. д. 3. Нелинейные волоконные усилители, такие как волоконные рамановские усилители и т. д. Ниже приводится краткое введение.
1. Полупроводниковые оптические усилители: При различных условиях применения и с различной отражательной способностью торца полупроводниковые лазеры могут производить различные типы полупроводниковых оптических усилителей. Если ток возбуждения полупроводникового лазера ниже его порогового значения, то есть лазер не генерируется, в это время оптический сигнал подается на один конец. Пока частота этого оптического сигнала находится вблизи спектрального центра лазера, он будет усиливаться и выводиться с другого конца. Этот видполупроводниковый оптический усилительназывается оптическим усилителем типа Фабри-Перро (FP-SLA). Если лазер смещен выше порогового значения, слабый одномодовый оптический сигнал поступает с одного конца, пока частота этого оптического сигнала находится в пределах спектра этого многомодового лазера, оптический сигнал будет усилен и зафиксирован на определенном режиме. Этот тип оптического усилителя называется усилителем с инжекционной синхронизацией (IL-SLA). Если оба конца полупроводникового лазера покрыты зеркально или напылены слоем антибликовой пленки, что делает его излучательную способность очень малой и неспособной образовывать резонансную полость Фабри-Перро, когда оптический сигнал проходит через активный волноводный слой, он будет усиливаться во время перемещения. Поэтому этот тип оптического усилителя называется оптическим усилителем типа бегущей волны (TW-SLA), и его структура показана на следующем рисунке. Поскольку полоса пропускания оптического усилителя бегущей волны на три порядка больше, чем у усилителя типа Фабри-Перо, а его полоса пропускания по уровню 3 дБ может достигать 10 ТГц, он может усиливать оптические сигналы различных частот и является весьма перспективным оптическим усилителем.
2. Усилитель на основе легированного волокна: состоит из трех частей: Первая часть — легированное волокно длиной от нескольких метров до десятков метров. Эти примеси в основном представляют собой редкоземельные ионы, которые образуют материал для активации лазера; Вторая часть — источник лазерной накачки, который обеспечивает энергию соответствующих длин волн для возбуждения легированных редкоземельных ионов с целью усиления света. Третья часть — соединитель, который позволяет свету накачки и сигнальному свету соединяться с легированным материалом для активации оптического волокна. Принцип работы волоконного усилителя очень похож на принцип работы твердотельного лазера. Он вызывает обратное состояние распределения числа частиц в активированном лазером материале и генерирует стимулированное излучение. Для создания стабильного состояния распределения числа частиц с инверсией в оптическом переходе должно быть задействовано более двух энергетических уровней, обычно трехуровневые и четырехуровневые системы с непрерывной подачей энергии от источника накачки. Для эффективного предоставления энергии длина волны фотона накачки должна быть короче, чем у фотона лазера, то есть энергия фотона накачки должна быть больше, чем у фотона лазера. Кроме того, резонансная полость образует положительную обратную связь, и таким образом может быть сформирован лазерный усилитель.
3. Нелинейные волоконные усилители: как нелинейные волоконные усилители, так и эрбиевые волоконные усилители попадают в категорию волоконных усилителей. Однако первые используют нелинейный эффект кварцевых волокон, в то время как вторые используют кварцевые волокна, легированные эрбием, для воздействия на активные среды. Обычные кварцевые оптические волокна будут генерировать сильные нелинейные эффекты под действием сильного света накачки соответствующих длин волн, такие как вынужденное комбинационное рассеяние (SRS), вынужденное рассеяние Бриллюэна (SBS) и эффекты четырехволнового смешения. Когда сигнал передается по оптоволокну вместе со светом накачки, сигнальный свет может быть усилен. Таким образом, они образуют волоконные усилители Рамана (FRA), усилители Бриллюэна (FBA) и параметрические усилители, все из которых являются распределенными волоконными усилителями.
Резюме: Общим направлением развития всех оптических усилителей является высокий коэффициент усиления, высокая выходная мощность и низкий коэффициент шума.
Время публикации: 08-05-2025