Optikai erősítők az optikai szálas kommunikáció területén
An optikai erősítőegy olyan eszköz, amely optikai jeleket erősít. Az optikai szálas kommunikáció területén főként a következő szerepeket tölti be: 1. Az optikai teljesítmény növelése és erősítése. Az optikai erősítőnek az optikai adó elejére helyezésével növelhető a szálba belépő optikai teljesítmény. 2. Online relés erősítés, amely a meglévő ismétlőket váltja ki az optikai szálas kommunikációs rendszerekben; 3. Előerősítés: A vételi oldalon lévő fotodetektor előtt a gyenge fényjelet előerősítik a vételi érzékenység növelése érdekében.
Jelenleg az optikai szálas kommunikációban alkalmazott optikai erősítők főként a következő típusokat foglalják magukban: 1. Félvezető optikai erősítő (SOA optikai erősítő)/Félvezető lézererősítő (SLA optikai erősítő); 2. Ritkaföldfémmel adalékolt szálerősítők, például csalival adalékolt szálerősítők (EDFA optikai erősítő) stb. 3. Nemlineáris száloptikás erősítők, például száloptikás Raman-erősítők stb. A következőkben ezek rövid bemutatása következik.
1. Félvezető optikai erősítők: Különböző alkalmazási körülmények és eltérő végfelület-visszaverődés mellett a félvezető lézerek különféle típusú félvezető optikai erősítőket tudnak létrehozni. Ha a félvezető lézer meghajtóárama alacsonyabb a küszöbértékénél, azaz nem keletkezik lézer, akkor az egyik végén optikai jel kerül bemenetre. Amíg ennek az optikai jelnek a frekvenciája a lézer spektrális középpontjának közelében van, addig a jel felerősödik és a másik végén kimenetre kerül. Ez a fajta...félvezető optikai erősítőFabry-Perrop típusú optikai erősítőnek (FP-SLA) nevezik. Ha a lézer előfeszítése a küszöbérték fölé van kapcsolva, a gyenge egymódusú optikai jel az egyik végéről érkezik, és amíg az optikai jel frekvenciája a többmódusú lézer spektrumán belül van, az optikai jel felerősödik és egy bizonyos módushoz rögzül. Az ilyen típusú optikai erősítőt befecskendezéses típusú erősítőnek (IL-SLA) nevezik. Ha a félvezető lézer két végét tükröződésmentesítő filmréteggel vonják be vagy párologtatják el, ami miatt az emisszióképessége nagyon kicsi, és nem képes Fabry-Perrow rezonáns üreget kialakítani, akkor az optikai jel az aktív hullámvezető rétegen áthaladva haladás közben felerősödik. Ezért ezt a típusú optikai erősítőt haladó hullámú optikai erősítőnek (TW-SLA) nevezik, és szerkezetét a következő ábra mutatja. Mivel a haladóhullámú optikai erősítő sávszélessége nagyságrendekkel nagyobb, mint a Fabry-Perot típusú erősítőé, és 3 dB-es sávszélessége elérheti a 10 THz-et, képes különböző frekvenciájú optikai jeleket erősíteni, és egy rendkívül ígéretes optikai erősítő.
2. Csali-adalékolt szálerősítő: Három részből áll: Az első egy adalékolt szál, amelynek hossza néhány métertől több tíz méterig terjed. Ezek a szennyeződések főként ritkaföldfém-ionok, amelyek a lézeraktiváló anyagot alkotják; A második a lézerpumpa-forrás, amely megfelelő hullámhosszú energiát biztosít az adalékolt ritkaföldfém-ionok gerjesztéséhez a fényerősítés elérése érdekében. A harmadik a csatoló, amely lehetővé teszi, hogy a pumpafény és a jelzőfény összekapcsolódjon az adalékolt optikai szál aktiváló anyagával. A szálerősítő működési elve nagyon hasonló a szilárdtestlézerekhez. Fordított részecskeszám-eloszlási állapotot hoz létre a lézerrel aktivált anyagban, és stimulált sugárzást generál. A stabil részecskeszám-inverziós eloszlási állapot létrehozásához több mint két energiaszintnek kell részt vennie az optikai átmenetben, jellemzően három- és négyszintű rendszereknek, folyamatos energiaellátással egy pumpaforrásból. Az energia hatékony biztosítása érdekében a pumpafoton hullámhosszának rövidebbnek kell lennie, mint a lézerfotoné, azaz a pumpafoton energiájának nagyobbnak kell lennie, mint a lézerfotoné. Továbbá a rezonáns üreg pozitív visszacsatolást képez, így lézererősítő alakítható ki.
3. Nemlineáris szálerősítők: Mind a nemlineáris szálerősítők, mind az erbium szálerősítők a szálerősítők kategóriájába tartoznak. Az előbbi azonban a kvarcszálak nemlineáris hatását használja ki, míg az utóbbi erbiummal adalékolt kvarcszálakat alkalmaz az aktív közegre gyakorolt hatáshoz. A közönséges kvarc optikai szálak erős nemlineáris effektusokat generálnak megfelelő hullámhosszú, erős pumpáló fény hatására, mint például a stimulált Raman-szórás (SRS), a stimulált Brillouin-szórás (SBS) és a négyhullámú keverési effektusok. Amikor a jel a pumpáló fénnyel együtt halad át az optikai szálon, a jelfény felerősödhet. Így szálas Raman-erősítőket (FRA), Brillouin-erősítőket (FBA) és parametrikus erősítőket alkotnak, amelyek mindegyike elosztott szálerősítő.
Összefoglalás: Az összes optikai erősítő közös fejlesztési iránya a nagy erősítés, a nagy kimenő teljesítmény és az alacsony zajszint.
Közzététel ideje: 2025. május 8.