Optiska förstärkare inom området optisk fiberkommunikation
An optisk förstärkareär en anordning som förstärker optiska signaler. Inom området optisk fiberkommunikation spelar den huvudsakligen följande roller: 1. Förbättrar och förstärker optisk effekt. Genom att placera den optiska förstärkaren i den främre änden av den optiska sändaren kan den optiska effekten som kommer in i fibern ökas. 2. Online-reläförstärkning, som ersätter befintliga repeatrar i optiska fiberkommunikationssystem; 3. Förförstärkning: Innan fotodetektorn i mottagaränden förförstärks den svaga ljussignalen för att förbättra mottagningskänsligheten.
För närvarande inkluderar de optiska förstärkare som används för optisk fiberkommunikation huvudsakligen följande typer: 1. Halvledaroptisk förstärkare (SOA optisk förstärkare)/Halvledarlaserförstärkare (SLA optisk förstärkare); 2. Fiberförstärkare dopade med sällsynta jordartsmetaller, såsom betesdopade fiberförstärkare (EDFA optisk förstärkare), etc. 3. Icke-linjära fiberförstärkare, såsom fiber-Raman-förstärkare, etc. Följande är en kort introduktion respektive.
1. Halvledaroptiska förstärkare: Under olika tillämpningsförhållanden och med olika ändytereflektans kan halvledarlasrar producera olika typer av halvledaroptiska förstärkare. Om halvledarlaserns drivström är lägre än dess tröskelvärde, det vill säga ingen laser genereras, matas en optisk signal in i ena änden. Så länge frekvensen för denna optiska signal är nära laserns spektralcentrum kommer den att förstärkas och matas ut från den andra änden. Denna typ avhalvledaroptisk förstärkarekallas en optisk förstärkare av Fabry-Perrop-typ (FP-SLA). Om lasern är förspänd över tröskelvärdet, kommer den svaga optiska enmodssignalen att matas in från ena änden, så länge frekvensen för denna optiska signal ligger inom multimodlaserns spektrum, kommer den optiska signalen att förstärkas och låsas till ett visst läge. Denna typ av optisk förstärkare kallas en injektionslåst förstärkare (IL-SLA). Om de två ändarna av en halvledarlaser är spegelbelagda eller förångade med ett lager antireflexfilm, vilket gör dess emissivitet mycket liten och oförmögen att bilda en Fabry-Perrow-resonanskavitet, kommer den optiska signalen att förstärkas när den passerar genom det aktiva vågledarskiktet under färd. Därför kallas denna typ av optisk förstärkare en optisk förstärkare av vandringsvågstyp (TW-SLA), och dess struktur visas i följande figur. Eftersom bandbredden för den optiska förstärkaren av vandringsvågstyp är tre storleksordningar större än för Fabry-Perot-förstärkaren, och dess 3dB-bandbredd kan nå 10 THz, kan den förstärka optiska signaler med olika frekvenser och är en mycket lovande optisk förstärkare.
2. Betesdopad fiberförstärkare: Den består av tre delar: Den första är en dopad fiber med en längd från flera meter till tiotals meter. Dessa föroreningar är huvudsakligen sällsynta jordartsmetalljoner, som bildar laseraktiveringsmaterialet; den andra är laserpumpkällan, som tillhandahåller energi med lämpliga våglängder för att excitera de dopade sällsynta jordartsmetalljonerna för att uppnå ljusförstärkning. Den tredje är kopplaren, som gör att pumpljuset och signalljuset kan kopplas in i det dopade optiska fiberaktiveringsmaterialet. Funktionsprincipen för en fiberförstärkare är mycket lik den för en fastfaslaser. Den orsakar ett omvänt partikelantalfördelningstillstånd i det laseraktiverade materialet och genererar stimulerad strålning. För att skapa ett stabilt partikelantalinversionstillstånd bör mer än två energinivåer vara involverade i den optiska övergången, vanligtvis trenivå- och fyrnivåsystem, med kontinuerlig energitillförsel från en pumpkälla. För att tillhandahålla energi effektivt bör pumpfotonens våglängd vara kortare än laserfotonens, det vill säga pumpfotonens energi bör vara större än laserfotonens. Dessutom bildar resonanskaviteten en positiv återkoppling, och därmed kan en laserförstärkare bildas.
3. Icke-linjära fiberförstärkare: Både icke-linjära fiberförstärkare och erbiumfiberförstärkare faller under kategorin fiberförstärkare. Den förra utnyttjar dock den icke-linjära effekten av kvartsfibrer, medan den senare använder erbiumdopade kvartsfibrer för att verka på aktiva medier. Vanliga kvartsfibrer genererar starka icke-linjära effekter under inverkan av starkt pumpljus med lämpliga våglängder, såsom stimulerad Ramanspridning (SRS), stimulerad Brillouinspridning (SBS) och fyrvågsblandningseffekter. När signalen överförs längs den optiska fibern tillsammans med pumpljuset kan signalljuset förstärkas. Således bildar de fiber-Raman-förstärkare (FRA), Brillouin-förstärkare (FBA) och parametriska förstärkare, vilka alla är distribuerade fiberförstärkare.
Sammanfattning: Den gemensamma utvecklingsriktningen för alla optiska förstärkare är hög förstärkning, hög uteffekt och låg brusfaktor.
Publiceringstid: 8 maj 2025