Optiske forsterkere innen optisk fiberkommunikasjon

Optiske forsterkere innen optisk fiberkommunikasjon

An optisk forsterkerer en enhet som forsterker optiske signaler. Innen optisk fiberkommunikasjon spiller den hovedsakelig følgende roller: 1. Forbedre og forsterke optisk effekt. Ved å plassere den optiske forsterkeren i frontenden av den optiske senderen, kan den optiske effekten som kommer inn i fiberen økes. 2. Online reléforsterkning, som erstatter eksisterende repeatere i optiske fiberkommunikasjonssystemer; 3. Forforsterkning: Før fotodetektoren i mottakerenden forsterkes det svake lyssignalet for å forbedre mottakerfølsomheten.

For tiden inkluderer de optiske forsterkerne som brukes i optisk fiberkommunikasjon hovedsakelig følgende typer: 1. Halvlederoptisk forsterker (SOA optisk forsterker)/Halvlederlaserforsterker (SLA optisk forsterker); 2. Fiberforsterkere dopet med sjeldne jordarter, slik som agndopede fiberforsterkere (EDFA optisk forsterker), osv. 3. Ikke-lineære fiberforsterkere, som fiber-Raman-forsterkere, osv. Følgende er en kort introduksjon til henholdsvis.

1. Halvlederoptiske forsterkere: Under forskjellige bruksforhold og med ulik endeflatereflektans kan halvlederlasere produsere forskjellige typer halvlederoptiske forsterkere. Hvis drivstrømmen til halvlederlaseren er lavere enn terskelen, det vil si at ingen laser genereres, sendes et optisk signal inn i den ene enden. Så lenge frekvensen til dette optiske signalet er nær laserens spektralsenter, vil det bli forsterket og sendt ut fra den andre enden. Denne typenhalvleder optisk forsterkerkalles en Fabry-Perrop-type optisk forsterker (FP-SLA). Hvis laseren er forspent over terskelen, vil det svake single-mode optiske signalet som mates inn fra den ene enden, så lenge frekvensen til dette optiske signalet er innenfor spekteret til denne multimoduslaseren, bli forsterket og låst til en bestemt modus. Denne typen optisk forsterker kalles en injeksjonslåst type forsterker (IL-SLA). Hvis de to endene av en halvlederlaser er speilbelagt eller fordampet med et lag med antirefleksjonsfilm, noe som gjør emissiviteten svært liten og ikke i stand til å danne et Fabry-Perrow resonanskavrom, vil det optiske signalet bli forsterket når det passerer gjennom det aktive bølgelederlaget. Derfor kalles denne typen optisk forsterker en vandrende bølgetype optisk forsterker (TW-SLA), og strukturen er vist i figuren nedenfor. Fordi båndbredden til den optiske forsterkeren av vandrebølgetypen er tre størrelsesordener større enn for Fabry-Perot-forsterkeren, og båndbredden på 3 dB kan nå 10 THz, kan den forsterke optiske signaler med forskjellige frekvenser og er en svært lovende optisk forsterker.

2. Agndopet fiberforsterker: Den består av tre deler: Den første er en dopet fiber med en lengde fra flere meter til titalls meter. Disse urenhetene er hovedsakelig sjeldne jordartsmetallioner, som danner laseraktiveringsmaterialet; den andre er laserpumpekilden, som gir energi med passende bølgelengder for å eksitere de dopede sjeldne jordartsmetallionene for å oppnå lysforsterkning. Den tredje er kobleren, som gjør at pumpelyset og signallyset kobles inn i det dopede optiske fiberaktiveringsmaterialet. Arbeidsprinsippet til en fiberforsterker er veldig likt det til en faststofflaser. Den forårsaker en reversert partikkeltallsfordelingstilstand i det laseraktiverte materialet og genererer stimulert stråling. For å skape en stabil partikkeltallsinversjonsfordelingstilstand, bør mer enn to energinivåer være involvert i den optiske overgangen, vanligvis tre-nivå og fire-nivå systemer, med kontinuerlig tilførsel av energi fra en pumpekilde. For å gi energi effektivt, bør bølgelengden til pumpefotonet være kortere enn laserfotonets, det vil si at energien til pumpefotonet bør være større enn laserfotonets. Videre danner resonanskaviteten en positiv tilbakekobling, og dermed kan en laserforsterker dannes.

3. Ikke-lineære fiberforsterkere: Både ikke-lineære fiberforsterkere og erbiumfiberforsterkere faller inn under kategorien fiberforsterkere. Førstnevnte benytter imidlertid den ikke-lineære effekten av kvartsfibre, mens sistnevnte bruker erbiumdopede kvartsfibre for å virke på aktive medier. Vanlige kvartsoptiske fibre vil generere sterke ikke-lineære effekter under påvirkning av sterkt pumpelys med passende bølgelengder, for eksempel stimulert Raman-spredning (SRS), stimulert Brillouin-spredning (SBS) og firebølgeblandingseffekter. Når signalet overføres langs den optiske fiberen sammen med pumpelyset, kan signallyset forsterkes. Dermed danner de fiber-Raman-forsterkere (FRA), Brillouin-forsterkere (FBA) og parametriske forsterkere, som alle er distribuerte fiberforsterkere.

Sammendrag: Den vanlige utviklingsretningen for alle optiske forsterkere er høy forsterkning, høy utgangseffekt og lavt støytall.