Аптычныя ўзмацняльнікі ў галіне валаконна-аптычнай сувязі

Аптычныя ўзмацняльнікі ў галіне валаконна-аптычнай сувязі

An аптычны ўзмацняльнік— гэта прылада, якая ўзмацняе аптычныя сігналы. У галіне валаконна-аптычнай сувязі яна выконвае наступныя асноўныя функцыі: 1. Паляпшэнне і ўзмацненне аптычнай магутнасці. Размяшчэнне аптычнага ўзмацняльніка на пярэднім канцы аптычнага перадатчыка дазваляе павялічыць аптычную магутнасць, якая паступае ў валакно. 2. Анлайн-рэлейнае ўзмацненне, якое замяняе існуючыя рэтранслятары ў валаконна-аптычных сістэмах сувязі. 3. Папярэдняе ўзмацненне: перад фотадэтэктарам на прыёмным канцы слабы светлавы сігнал папярэдне ўзмацняецца для павышэння адчувальнасці прыёму.

У цяперашні час аптычныя ўзмацняльнікі, якія выкарыстоўваюцца ў валаконна-аптычнай сувязі, у асноўным уключаюць наступныя тыпы: 1. Паўправадніковы аптычны ўзмацняльнік (Аптычны ўзмацняльнік SOA)/Паўправадніковы лазерны ўзмацняльнік (аптычны ўзмацняльнік SLA); 2. Валакновыя ўзмацняльнікі, легаваныя рэдказямельнымі элементамі, такія як валаконныя ўзмацняльнікі, легаваныя прынадай (Аптычны ўзмацняльнік EDFA) і г.д. 3. Нелінейныя валаконныя ўзмацняльнікі, такія як валаконныя ўзмацняльнікі Рамана і г.д. Ніжэй прыведзены кароткі ўвод адпаведна.

1. Паўправадніковыя аптычныя ўзмацняльнікі: пры розных умовах прымянення і з розным каэфіцыентам адлюстравання тарца паўправадніковыя лазеры могуць ствараць розныя тыпы паўправадніковых аптычных узмацняльнікаў. Калі ток кіравання паўправадніковага лазера ніжэйшы за яго парог, гэта значыць лазер не генеруецца, у гэты час аптычны сігнал паступае на адзін канец. Пакуль частата гэтага аптычнага сігналу знаходзіцца паблізу спектральнага цэнтра лазера, ён будзе ўзмацняцца і выводзіцца на другі канец. Гэта тыппаўправадніковы аптычны ўзмацняльнікназываецца аптычным узмацняльнікам тыпу Фабры-Пера (FP-SLA). Калі лазер зрушаны вышэй за парог, то з аднаго канца паступае слабы аднакадавы аптычны сігнал, і пакуль частата гэтага аптычнага сігналу знаходзіцца ў спектры гэтага шматмодавага лазера, аптычны сігнал будзе ўзмоцнены і блакіраваны ў пэўнай моде. Гэты тып аптычнага ўзмацняльніка называецца ўзмацняльнікам з блакіроўкай інжэкцыі (IL-SLA). Калі два канцы паўправадніковага лазера пакрытыя люстраным пакрыццём або напыленым пластом антыблікавай плёнкі, што робіць яго эмісійную здольнасць вельмі малой і не дазваляе ўтварыць рэзанансны рэзанатар Фабры-Пера, то пры праходжанні аптычнага сігналу праз актыўны хваляводны пласт ён будзе ўзмацняцца падчас праходжання. Такім чынам, гэты тып аптычнага ўзмацняльніка называецца аптычным узмацняльнікам тыпу бегучай хвалі (TW-SLA), і яго структура паказана на наступным малюнку. Паколькі прапускная здольнасць аптычнага ўзмацняльніка тыпу бегучай хвалі на тры парадкі большая, чым у ўзмацняльніка тыпу Фабры-Перо, а яго прапускная здольнасць 3 дБ можа дасягаць 10 ТГц, ён можа ўзмацняць аптычныя сігналы розных частот і з'яўляецца вельмі перспектыўным аптычным узмацняльнікам.

2. Валакновы ўзмацняльнік, легаваны прынадай: ён складаецца з трох частак: першая - легаванае валакно даўжынёй ад некалькіх метраў да дзясяткаў метраў. Гэтыя прымешкі ў асноўным з'яўляюцца іёнамі рэдказямельных элементаў, якія ўтвараюць матэрыял для актывацыі лазера; другая - крыніца лазернай накачкі, якая забяспечвае энергію адпаведных даўжынь хваль для ўзбуджэння легаваных іёнаў рэдказямельных элементаў з мэтай дасягнення ўзмацнення святла. Трэцяя - злучнік, які дазваляе святлу накачкі і сігнальнаму святлу ўваходзіць у легаваны матэрыял для актывацыі аптычнага валакна. Прынцып працы валаконнага ўзмацняльніка вельмі падобны да прынцыпу працы цвёрдацельнага лазера. Ён выклікае адваротны стан размеркавання колькасці часціц у актываваным лазерам матэрыяле і генеруе стымуляванае выпраменьванне. Для стварэння стабільнага стану інверснага размеркавання колькасці часціц у аптычным пераходзе павінна быць задзейнічана больш за два энергетычныя ўзроўні, звычайна трох- і чатырохузроўневыя сістэмы, з бесперапыннай падачай энергіі ад крыніцы накачкі. Для эфектыўнай падачы энергіі даўжыня хвалі фатона накачкі павінна быць карацейшай за энергію фатона лазера, гэта значыць энергія фатона накачкі павінна быць большай за энергію фатона лазера. Акрамя таго, рэзанансны рэзанатар утварае станоўчую зваротную сувязь, і такім чынам можна сфармаваць лазерны ўзмацняльнік.

3. Нелінейныя валаконныя ўзмацняльнікі: як нелінейныя валаконныя ўзмацняльнікі, так і эрбіевыя валаконныя ўзмацняльнікі адносяцца да катэгорыі валаконных узмацняльнікаў. Аднак першыя выкарыстоўваюць нелінейны эфект кварцавых валокнаў, а другія — легаваныя эрбіем кварцавыя валокны для ўздзеяння на актыўнае асяроддзе. Звычайныя кварцавыя аптычныя валокны пад уздзеяннем моцнага святла накачкі адпаведных даўжынь хваль генеруюць моцныя нелінейныя эфекты, такія як вымушанае раманаўскае рассейванне (ВКР), вымушанае рассейванне Брылюэна (ВРМБ) і эфекты чатыроххвалевага змешвання. Калі сігнал перадаецца па аптычным валакне разам са святлом накачкі, сігнальнае святло можа ўзмацняцца. Такім чынам, яны ўтвараюць валаконныя раманаўскія ўзмацняльнікі (РА), Брылюэнаўскія ўзмацняльнікі (ББР) і параметрычныя ўзмацняльнікі, якія з'яўляюцца размеркаванымі валаконнымі ўзмацняльнікамі.

Кароткі змест: Агульным кірункам развіцця ўсіх аптычных узмацняльнікаў з'яўляецца высокі каэфіцыент узмацнення, высокая выходная магутнасць і нізкі каэфіцыент шуму.