Optični ojačevalniki na področju optične komunikacije
An optični ojačevalnikje naprava, ki ojača optične signale. Na področju komunikacije z optičnimi vlakni ima predvsem naslednje vloge: 1. Izboljšanje in ojačanje optične moči. Z namestitvijo optičnega ojačevalnika na sprednji konec optičnega oddajnika se lahko poveča optična moč, ki vstopa v vlakno. 2. Spletno relejsko ojačanje, ki nadomešča obstoječe repetitorje v sistemih za komunikacijo z optičnimi vlakni; 3. Predojačanje: Pred fotodetektorjem na sprejemnem koncu se šibki svetlobni signal predhodno ojača, da se poveča občutljivost sprejema.
Trenutno se v optični komunikaciji uporabljajo predvsem naslednje vrste optičnih ojačevalnikov: 1. Polprevodniški optični ojačevalnik (Optični ojačevalnik SOA)/Polprevodniški laserski ojačevalnik (SLA optični ojačevalnik); 2. Ojačevalniki z vlakni, dopiranimi z redkimi zemeljami, kot so ojačevalniki z vlakni, dopiranimi z vabo (Optični ojačevalnik EDFA) itd. 3. Nelinearni vlakenski ojačevalniki, kot so vlakenski Ramanovi ojačevalniki itd. Sledi kratek uvod.
1. Polprevodniški optični ojačevalniki: Polprevodniški laserji lahko v različnih pogojih uporabe in z različno odbojnostjo čelne površine ustvarijo različne vrste polprevodniških optičnih ojačevalnikov. Če je pogonski tok polprevodniškega laserja nižji od njegovega praga, torej laser ne nastane, se na en konec oddaja optični signal. Dokler je frekvenca tega optičnega signala blizu spektralnega središča laserja, se bo ta ojačal in oddajal na drugi konec. Tovrstnipolprevodniški optični ojačevalnikse imenuje optični ojačevalnik tipa Fabry-Perrop (FP-SLA). Če je laser pristranski nad pragom, se z enega konca vnese šibek enomodni optični signal, dokler je frekvenca tega optičnega signala znotraj spektra tega večmodnega laserja, optični signal pa se ojača in zaklene na določen način. Ta vrsta optičnega ojačevalnika se imenuje ojačevalnik z injekcijsko zaklenjenim tipom (IL-SLA). Če sta oba konca polprevodniškega laserja zrcalno prevlečena ali naparjena s plastjo antirefleksne folije, zaradi česar je njegova emisivnost zelo majhna in ne more tvoriti resonančne votline Fabry-Perrow, se bo optični signal, ko prehaja skozi aktivno valovno plast, med potovanjem ojačal. Zato se ta vrsta optičnega ojačevalnika imenuje optični ojačevalnik tipa potujočega vala (TW-SLA), njegova struktura pa je prikazana na naslednji sliki. Ker je pasovna širina optičnega ojačevalnika tipa potujočega vala za tri velikostne razrede večja od pasovne širine ojačevalnika tipa Fabry-Perot, njegova pasovna širina 3 dB pa lahko doseže 10 THz, lahko ojača optične signale različnih frekvenc in je zelo obetaven optični ojačevalnik.
2. Ojačevalnik z vlakni, dopiranimi z vabo: Sestavljen je iz treh delov: Prvi je dopirano vlakno dolžine od nekaj metrov do deset metrov. Te nečistoče so predvsem redkozemeljski ioni, ki tvorijo material za aktivacijo laserja; Drugi je vir laserske črpalke, ki zagotavlja energijo ustreznih valovnih dolžin za vzbujanje dopiranih redkozemeljskih ionov, da se doseže ojačanje svetlobe. Tretji je sklopnik, ki omogoča, da se črpalna svetloba in signalna svetloba združita z dopiranim materialom za aktivacijo optičnih vlaken. Načelo delovanja ojačevalnika z vlakni je zelo podobno načelu delovanja trdnofaznega laserja. Povzroča obrnjeno stanje porazdelitve števila delcev v lasersko aktiviranem materialu in ustvarja stimulirano sevanje. Za ustvarjanje stabilnega stanja inverzne porazdelitve števila delcev morata biti v optičnem prehodu vključena več kot dva energijska nivoja, običajno tristopenjski in štiristopenjski sistemi, z neprekinjenim dovajanjem energije iz črpalnega vira. Za učinkovito zagotavljanje energije mora biti valovna dolžina črpalnega fotona krajša od valovne dolžine laserskega fotona, kar pomeni, da mora biti energija črpalnega fotona večja od energije laserskega fotona. Poleg tega resonančna votlina tvori pozitivno povratno zvezo in tako lahko nastane laserski ojačevalnik.
3. Nelinearni vlakenski ojačevalniki: Tako nelinearni vlakenski ojačevalniki kot erbijevi vlakenski ojačevalniki spadajo v kategorijo vlakenskih ojačevalnikov. Vendar prvi izkoriščajo nelinearni učinek kremenčevih vlaken, drugi pa uporabljajo z erbijem dopirana kremenčeva vlakna za delovanje na aktivne medije. Navadna kremenčeva optična vlakna bodo pod vplivom močne črpalne svetlobe ustreznih valovnih dolžin ustvarila močne nelinearne učinke, kot so stimulirano Ramanovo sipanje (SRS), stimulirano Brillouinovo sipanje (SBS) in učinki štirivalovnega mešanja. Ko se signal prenaša po optičnem vlaknu skupaj s črpalno svetlobo, se lahko signalna svetloba ojača. Tako tvorijo vlakenske Ramanove ojačevalnike (FRA), Brillouinove ojačevalnike (FBA) in parametrične ojačevalnike, ki so vsi porazdeljeni vlakenski ojačevalniki.
Povzetek: Skupna razvojna smer vseh optičnih ojačevalnikov je visok ojačanje, visoka izhodna moč in nizka šumna vrednost.
Čas objave: 8. maj 2025