Optiset vahvistimet optisen kuituliikenteen alalla
An optinen vahvistinon laite, joka vahvistaa optisia signaaleja. Optisessa kuituviestinnässä sillä on pääasiassa seuraavat tehtävät: 1. Optisen tehon parantaminen ja vahvistaminen. Sijoittamalla optinen vahvistin optisen lähettimen etupäähän voidaan lisätä kuituun tulevaa optista tehoa. 2. Online-relevahvistus, joka korvaa olemassa olevat toistimet optisissa kuituviestintäjärjestelmissä; 3. Esivahvistus: Ennen vastaanottopään valoilmaisinta heikko valosignaali esivahvistetaan vastaanottoherkkyyden parantamiseksi.
Tällä hetkellä optisessa kuituviestinnässä käytettävät optiset vahvistimet ovat pääasiassa seuraavanlaisia: 1. Puolijohdeoptinen vahvistin (SOA Optinen vahvistin)/Puolijohdelaservahvistin (SLA-optinen vahvistin); 2. Harvinaisilla maametalleilla seostetut kuituvahvistimet, kuten syöteillä seostetut kuituvahvistimet (EDFA Optinen vahvistin) jne. 3. Epälineaariset kuituvahvistimet, kuten kuitu-Raman-vahvistimet jne. Seuraavassa on lyhyt johdanto kutakin.
1. Puolijohdeoptiset vahvistimet: Erilaisissa käyttöolosuhteissa ja erilaisilla päätypinnan heijastavuussuhteilla puolijohdelaserit voivat tuottaa erityyppisiä puolijohdeoptisia vahvistimia. Jos puolijohdelaserin käyttövirta on pienempi kuin sen kynnysarvo, eli laseria ei synny, optinen signaali syötetään toiseen päähän. Niin kauan kuin tämän optisen signaalin taajuus on lähellä laserin spektrikeskusta, se vahvistetaan ja syötetään ulos toisesta päästä. Tällainenpuolijohdeoptinen vahvistinkutsutaan Fabry-Perrop-tyyppiseksi optiseksi vahvistimeksi (FP-SLA). Jos laserin esijännite on kynnysarvon yläpuolella, heikko yksimuotoinen optinen signaali syötetään toisesta päästä, niin kauan kuin tämän optisen signaalin taajuus on tämän monimuotolaserin spektrin sisällä, optinen signaali vahvistetaan ja lukitaan tiettyyn moodiin. Tällaista optista vahvistinta kutsutaan pistoolilukitukselliseksi vahvistimeksi (IL-SLA). Jos puolijohdelaserin kaksi päätä on peilipäällystetty tai höyrystetty heijastamattomalla kalvolla, jolloin sen emissiivisyys on hyvin pieni eikä se pysty muodostamaan Fabry-Perrow-resonanssionteloa, kun optinen signaali kulkee aktiivisen aaltojohdinkerroksen läpi, se vahvistuu kulkiessaan. Siksi tällaista optista vahvistinta kutsutaan kulkevan aallon optiseksi vahvistimeksi (TW-SLA), ja sen rakenne on esitetty seuraavassa kuvassa. Koska kulkevan aallon tyyppisen optisen vahvistimen kaistanleveys on kolme kertaluokkaa suurempi kuin Fabry-Perot-tyyppisen vahvistimen ja sen 3 dB:n kaistanleveys voi saavuttaa 10 THz:n, se voi vahvistaa eri taajuuksien optisia signaaleja ja on erittäin lupaava optinen vahvistin.
2. Syötti-doping-kuituvahvistin: Se koostuu kolmesta osasta: Ensimmäinen on doping-kuitu, jonka pituus vaihtelee useista metreistä kymmeniin metreihin. Nämä epäpuhtaudet ovat pääasiassa harvinaisten maametallien ioneja, jotka muodostavat laserin aktivointimateriaalin. Toinen on laserin pumppauslähde, joka tuottaa sopivan aallonpituuden energiaa doping-ionien virittämiseksi valon vahvistamiseksi. Kolmas on kytkin, joka mahdollistaa pumppausvalon ja signaalivalon kytkeytymisen doping-optiseen kuituaktivointimateriaaliin. Kuituvahvistimen toimintaperiaate on hyvin samanlainen kuin kiinteän olomuodon laserin. Se aiheuttaa käänteisen hiukkasmäärän jakauman laseraktivoituun materiaaliin ja tuottaa stimuloitua säteilyä. Vakaan hiukkasmäärän inversiojakauman luomiseksi optisessa siirtymässä tulisi olla mukana yli kaksi energiatasoa, tyypillisesti kolmi- ja nelitasoisia järjestelmiä, joissa energiaa syötetään jatkuvasti pumppauslähteestä. Tehokkaan energian tuottamiseksi pumppausfotonin aallonpituuden tulisi olla lyhyempi kuin laserin fotonin aallonpituus, eli pumppausfotonin energian tulisi olla suurempi kuin laserin fotonin energia. Lisäksi resonanssiontelo muodostaa positiivisen takaisinkytkennän, ja siten voidaan muodostaa laservahvistin.
3. Epälineaariset kuituvahvistimet: Sekä epälineaariset kuituvahvistimet että erbiumkuituvahvistimet kuuluvat kuituvahvistimien luokkaan. Ensimmäiset hyödyntävät kuitenkin kvartsikuitujen epälineaarista vaikutusta, kun taas jälkimmäiset käyttävät erbiumilla seostettuja kvartsikuituja vaikuttamaan aktiiviseen mediaan. Tavalliset kvartsikuidut tuottavat voimakkaita epälineaarisia vaikutuksia sopivan aallonpituuden omaavan voimakkaan pumppausvalon vaikutuksesta, kuten stimuloitua Raman-sirontaa (SRS), stimuloitua Brillouin-sirontaa (SBS) ja neliaaltosekoitusvaikutuksia. Kun signaali lähetetään optista kuitua pitkin pumppausvalon mukana, signaalivaloa voidaan vahvistaa. Näin ollen ne muodostavat kuitu-Raman-vahvistimia (FRA), Brillouin-vahvistimia (FBA) ja parametrisia vahvistimia, jotka kaikki ovat hajautettuja kuituvahvistimia.
Yhteenveto: Kaikkien optisten vahvistimien yhteinen kehityssuunta on suuri vahvistus, suuri lähtöteho ja alhainen kohinaluku.
Julkaisun aika: 8.5.2025