Оптические усилители в области волоконно-оптической связи
An оптический усилительЭто устройство, усиливающее оптические сигналы. В области волоконно-оптической связи оно в основном выполняет следующие функции: 1. Усиление и увеличение оптической мощности. Размещая оптический усилитель на входе оптического передатчика, можно увеличить оптическую мощность, поступающую в волокно. 2. Онлайн-усиление ретранслятора, заменяющее существующие ретрансляторы в системах волоконно-оптической связи; 3. Предварительное усиление: перед фотодетектором на приемном конце слабый световой сигнал предварительно усиливается для повышения чувствительности приема.
В настоящее время в волоконно-оптической связи в основном используются следующие типы оптических усилителей: 1. Полупроводниковые оптические усилители (SOA Оптический усилитель)/Полупроводниковый лазерный усилитель (оптический усилитель SLA); 2. Волоконные усилители с легированием редкоземельными элементами, такие как волоконные усилители с легированием приманкой (Оптический усилитель EDFA), и т. д. 3. Нелинейные волоконные усилители, такие как волоконные рамановские усилители и т. д. Ниже приведено краткое описание каждого из них.
1. Полупроводниковые оптические усилители: В различных условиях применения и при различном коэффициенте отражения на торце полупроводниковые лазеры могут создавать различные типы полупроводниковых оптических усилителей. Если управляющий ток полупроводникового лазера ниже его порогового значения, то есть лазерное излучение не генерируется, в этом случае на один конец подается оптический сигнал. Пока частота этого оптического сигнала близка к спектральному центру лазера, он будет усиливаться и выводиться на другой конец. Этот типполупроводниковый оптический усилительТакой оптический усилитель называется оптическим усилителем типа Фабри-Перроу (FP-SLA). Если лазер смещен выше порогового значения, слабый одномодовый оптический сигнал поступает с одного конца, и если частота этого оптического сигнала находится в спектре многомодового лазера, сигнал будет усилен и зафиксирован в определенной моде. Такой оптический усилитель называется усилителем с инжекционной синхронизацией (IL-SLA). Если два конца полупроводникового лазера покрыты зеркальным покрытием или слоем антиотражающей пленки, что делает его излучательную способность очень малой и не позволяет сформировать резонансную полость Фабри-Перроу, то при прохождении оптического сигнала через активный волноводный слой он будет усиливаться во время распространения. Поэтому такой тип оптического усилителя называется оптическим усилителем 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 способен усиливать оптические сигналы различных частот и является весьма перспективным оптическим усилителем.
2. Волоконный усилитель с примесью: Он состоит из трех частей: первая — это легированное волокно длиной от нескольких метров до десятков метров. Примесями являются в основном ионы редкоземельных элементов, которые образуют материал для активации лазера; вторая — это источник лазерной накачки, который обеспечивает энергию соответствующей длины волны для возбуждения легированных ионов редкоземельных элементов с целью усиления света. Третья — это соединитель, который позволяет свету накачки и сигнальному свету вводить в легированный активирующий материал оптического волокна. Принцип работы волоконного усилителя очень похож на принцип работы твердотельного лазера. Он вызывает обратное распределение числа частиц в материале, активируемом лазером, и генерирует стимулированное излучение. Для создания стабильного инвертированного распределения числа частиц в оптическом переходе должно быть задействовано более двух энергетических уровней, обычно трех- и четырехуровневые системы, с непрерывной подачей энергии от источника накачки. Для эффективной передачи энергии длина волны фотона накачки должна быть короче длины волны лазерного фотона, то есть энергия фотона накачки должна быть больше энергии лазерного фотона. Кроме того, резонансная полость создает положительную обратную связь, и таким образом может быть сформирован лазерный усилитель.
3. Нелинейные волоконные усилители: И нелинейные волоконные усилители, и эрбиевые волоконные усилители относятся к категории волоконных усилителей. Однако первые используют нелинейный эффект кварцевых волокон, тогда как вторые используют легированные эрбием кварцевые волокна для воздействия на активную среду. Обычные кварцевые оптические волокна генерируют сильные нелинейные эффекты под действием мощного накачивающего света соответствующей длины волны, такие как стимулированное рамановское рассеяние (SRS), стимулированное бриллюэновское рассеяние (SBS) и эффекты четырехволнового смешения. Когда сигнал передается по оптическому волокну вместе с накачивающим светом, сигнальный свет может быть усилен. Таким образом, они образуют волоконные рамановские усилители (FRA), бриллюэновские усилители (FBA) и параметрические усилители, все из которых являются распределенными волоконными усилителями.
Краткое описание: Общим направлением развития всех оптических усилителей являются высокое усиление, высокая выходная мощность и низкий коэффициент шума.
Дата публикации: 08 мая 2025 г.