Optiskie pastiprinātāji optisko šķiedru sakaru jomā
An optiskais pastiprinātājsir ierīce, kas pastiprina optiskos signālus. Optisko šķiedru sakaru jomā tai galvenokārt ir šādas lomas: 1. Optiskās jaudas uzlabošana un pastiprināšana. Novietojot optisko pastiprinātāju optiskā raidītāja priekšpusē, var palielināt šķiedrā ienākošo optisko jaudu. 2. Tiešsaistes releja pastiprināšana, aizstājot esošos atkārtotājus optisko šķiedru sakaru sistēmās; 3. Priekšpastiprināšana: Pirms fotodetektora uztveršanas galā vājš gaismas signāls tiek iepriekš pastiprināts, lai uzlabotu uztveršanas jutību.
Pašlaik optisko šķiedru sakaros izmantotie optiskie pastiprinātāji galvenokārt ietver šādus veidus: 1. Pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (SOA optiskais pastiprinātājs)/Pusvadītāju lāzera pastiprinātājs (SLA optiskais pastiprinātājs); 2. Ar retzemju elementiem leģēti šķiedru pastiprinātāji, piemēram, ar ēsmu leģēti šķiedru pastiprinātāji (EDFA optiskais pastiprinātājs) utt. 3. Nelineārie šķiedru pastiprinātāji, piemēram, šķiedru Ramana pastiprinātāji utt. Turpmāk sniegts īss ievads.
1. Pusvadītāju optiskie pastiprinātāji: dažādos pielietojuma apstākļos un ar atšķirīgu gala virsmas atstarošanos pusvadītāju lāzeri var radīt dažāda veida pusvadītāju optiskos pastiprinātājus. Ja pusvadītāju lāzera piedziņas strāva ir zemāka par tās slieksni, tas ir, lāzers netiek ģenerēts, šajā laikā vienā galā tiek ievadīts optiskais signāls. Kamēr šī optiskā signāla frekvence ir tuvu lāzera spektra centram, tas tiks pastiprināts un izvadīts no otra gala. Šāda veidapusvadītāju optiskais pastiprinātājssauc par Fabry-Perrow tipa optisko pastiprinātāju (FP-SLA). Ja lāzera nobīde pārsniedz slieksni, no viena gala tiek ievadīts vājš viena režīma optiskais signāls, ja vien šī optiskā signāla frekvence ir šī daudzrežīmu lāzera spektrā, optiskais signāls tiks pastiprināts un fiksēts noteiktā režīmā. Šāda veida optisko pastiprinātāju sauc par indukcijas bloķēta tipa pastiprinātāju (IL-SLA). Ja pusvadītāju lāzera abi gali ir pārklāti ar spoguļatstarojuma plēves slāni, padarot tā emisijas spēju ļoti mazu un nespējot veidot Fabry-Perrow rezonanses dobumu, tad, kad optiskais signāls iziet cauri aktīvajam viļņvada slānim, tas pārvietojoties tiks pastiprināts. Tāpēc šāda veida optisko pastiprinātāju sauc par skrejošā viļņa tipa optisko pastiprinātāju (TW-SLA), un tā struktūra ir parādīta nākamajā attēlā. Tā kā skrejošā viļņa tipa optiskā pastiprinātāja joslas platums ir par trim lieluma kārtām lielāks nekā Fabry-Perot tipa pastiprinātājam, un tā 3dB joslas platums var sasniegt 10THz, tas var pastiprināt dažādu frekvenču optiskos signālus un ir ļoti daudzsološs optiskais pastiprinātājs.
2. Ar ēsmu leģēts šķiedras pastiprinātājs: tas sastāv no trim daļām: pirmā ir leģēta šķiedra, kuras garums svārstās no vairākiem metriem līdz desmitiem metru. Šie piemaisījumi galvenokārt ir retzemju joni, kas veido lāzera aktivācijas materiālu; otrā ir lāzera sūknēšanas avots, kas nodrošina atbilstoša viļņu garuma enerģiju, lai ierosinātu leģētos retzemju jonus, lai panāktu gaismas pastiprināšanu. Trešā ir savienotājs, kas ļauj sūknēšanas gaismai un signālgaismai savienoties ar leģēto optiskās šķiedras aktivācijas materiālu. Šķiedras pastiprinātāja darbības princips ir ļoti līdzīgs cietvielu lāzera darbības principam. Tas rada apgrieztu daļiņu skaita sadalījuma stāvokli lāzera aktivētajā materiālā un ģenerē stimulētu starojumu. Lai izveidotu stabilu daļiņu skaita inversijas sadalījuma stāvokli, optiskajā pārejā jāiesaista vairāk nekā divi enerģijas līmeņi, parasti trīs un četru līmeņu sistēmas, ar nepārtrauktu enerģijas padevi no sūknēšanas avota. Lai efektīvi nodrošinātu enerģiju, sūknēšanas fotona viļņa garumam jābūt īsākam par lāzera fotona viļņa garumu, tas ir, sūknēšanas fotona enerģijai jābūt lielākai par lāzera fotona enerģiju. Turklāt rezonanses dobums veido pozitīvu atgriezenisko saiti, un tādējādi var izveidot lāzera pastiprinātāju.
3. Nelineārie šķiedru pastiprinātāji: Gan nelineārie šķiedru pastiprinātāji, gan erbija šķiedru pastiprinātāji ietilpst šķiedru pastiprinātāju kategorijā. Tomēr pirmie izmanto kvarca šķiedru nelineāro efektu, savukārt pēdējie iedarbojas uz aktīvo vidi, izmantojot ar erbiju leģētas kvarca šķiedras. Parastās kvarca optiskās šķiedras radīs spēcīgus nelineārus efektus atbilstoša viļņu garuma spēcīgas sūknēšanas gaismas iedarbībā, piemēram, stimulētu Ramana izkliedi (SRS), stimulētu Briljuēna izkliedi (SBS) un četru viļņu sajaukšanas efektus. Kad signāls tiek pārraidīts pa optisko šķiedru kopā ar sūknēšanas gaismu, signāla gaisma var tikt pastiprināta. Tādējādi tie veido šķiedru Ramana pastiprinātājus (FRA), Briljuēna pastiprinātājus (FBA) un parametriskos pastiprinātājus, kas visi ir izkliedētie šķiedru pastiprinātāji.
Kopsavilkums: Visu optisko pastiprinātāju kopīgais attīstības virziens ir augsts pastiprinājums, augsta izejas jauda un zems trokšņu līmenis.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 8. maijs