Optické zesilovače v oblasti optické komunikace
An optický zesilovačje zařízení, které zesiluje optické signály. V oblasti optické komunikace hraje hlavně následující role: 1. Zesilování a zesilování optického výkonu. Umístěním optického zesilovače na přední konec optického vysílače lze zvýšit optický výkon vstupující do vlákna. 2. Online reléové zesilování, které nahrazuje stávající opakovače v systémech optické komunikace; 3. Předzesilování: Před fotodetektorem na přijímacím konci je slabý světelný signál předzesilován, aby se zvýšila citlivost příjmu.
V současné době se v optické komunikaci používají hlavně tyto typy optických zesilovačů: 1. Polovodičový optický zesilovač (Optický zesilovač SOA)/Polovodičový laserový zesilovač (optický zesilovač SLA); 2. Vláknové zesilovače dopované prvky vzácných zemin, jako například vláknové zesilovače dopované návnadou (Optický zesilovač EDFA) atd. 3. Nelineární vláknové zesilovače, jako například vláknové Ramanovy zesilovače atd. Následuje stručný úvod.
1. Polovodičové optické zesilovače: Za různých aplikačních podmínek a s různou odrazivostí čelní plochy mohou polovodičové lasery vytvářet různé typy polovodičových optických zesilovačů. Pokud je budicí proud polovodičového laseru nižší než jeho prahová hodnota, tj. laser není generován, v tomto okamžiku je na vstupu optický signál na jednom konci. Pokud je frekvence tohoto optického signálu blízko spektrálního středu laseru, bude zesílen a vyveden na výstupu na druhém konci. Tento druhpolovodičový optický zesilovačse nazývá optický zesilovač typu Fabry-Perrop (FP-SLA). Pokud je laser předpětí nad prahovou hodnotou, slabý jednomódový optický signál vstupuje z jednoho konce, dokud je frekvence tohoto optického signálu ve spektru tohoto multimódového laseru, optický signál bude zesílen a vázán na určitý mód. Tento typ optického zesilovače se nazývá zesilovač vázaný vstřikováním (IL-SLA). Pokud jsou oba konce polovodičového laseru zrcadlově potaženy nebo napařeny vrstvou antireflexní fólie, čímž je jeho emisivita velmi malá a není schopna vytvořit rezonanční dutinu Fabry-Perrowa, když optický signál prochází aktivní vrstvou vlnovodu, bude během průchodu zesílen. Proto se tento typ optického zesilovače nazývá optický zesilovač typu postupující vlna (TW-SLA) a jeho struktura je znázorněna na následujícím obrázku. Protože šířka pásma optického zesilovače typu s postupnou vlnou je o tři řády větší než u zesilovače typu Fabry-Perot a jeho šířka pásma 3 dB může dosáhnout 10 THz, dokáže zesilovat optické signály různých frekvencí a je velmi slibným optickým zesilovačem.
2. Vláknový zesilovač dopovaný návnadou: Skládá se ze tří částí: První je dopované vlákno o délce od několika metrů do desítek metrů. Tyto nečistoty jsou převážně ionty vzácných zemin, které tvoří materiál pro aktivaci laseru; Druhou je zdroj laserového čerpání, který poskytuje energii vhodných vlnových délek pro excitaci dopovaných iontů vzácných zemin za účelem zesílení světla. Třetí je vazební člen, který umožňuje, aby se budicí světlo a signální světlo propojily s dopovaným aktivačním materiálem optického vlákna. Princip fungování vláknového zesilovače je velmi podobný principu pevnolátkového laseru. Způsobuje obrácený stav rozložení počtu částic v materiálu aktivovaném laserem a generuje stimulované záření. Pro vytvoření stabilního stavu inverzního rozložení počtu částic by se do optického přechodu měly zapojit více než dvě energetické hladiny, typicky tříúrovňové a čtyřúrovňové systémy, s nepřetržitým přívodem energie z zdroje čerpání. Aby bylo možné energii poskytovat efektivně, měla by být vlnová délka budicího fotonu kratší než vlnová délka laserového fotonu, tj. energie budicího fotonu by měla být větší než energie laserového fotonu. Rezonanční dutina dále vytváří kladnou zpětnou vazbu, a tak lze vytvořit laserový zesilovač.
3. Nelineární vláknové zesilovače: Jak nelineární vláknové zesilovače, tak i erbiové vláknové zesilovače spadají do kategorie vláknových zesilovačů. První však využívá nelineární efekt křemenných vláken, zatímco druhé využívají erbiem dopovaná křemenná vlákna k působení na aktivní médium. Běžná křemenná optická vlákna generují silné nelineární efekty působením silného čerpacího světla vhodných vlnových délek, jako je stimulovaný Ramanův rozptyl (SRS), stimulovaný Brillouinův rozptyl (SBS) a čtyřvlnné směšovací efekty. Když je signál přenášen podél optického vlákna spolu s čerpacím světlem, může být signální světlo zesíleno. Tvoří tedy vláknové Ramanovy zesilovače (FRA), Brillouinovy zesilovače (FBA) a parametrické zesilovače, které všechny jsou distribuovanými vláknovými zesilovači.
Souhrn: Společným směrem vývoje všech optických zesilovačů je vysoký zisk, vysoký výstupní výkon a nízké šumové číslo.
Čas zveřejnění: 8. května 2025