Optilised võimendid kiudoptilise side valdkonnas

Optilised võimendid kiudoptilise side valdkonnas

An optiline võimendion seade, mis võimendab optilisi signaale. Optilise kiudside valdkonnas täidab see peamiselt järgmisi rolle: 1. Optilise võimsuse suurendamine ja võimendamine. Optilise võimendi paigutamisega optilise saatja esiotsa saab suurendada kiudu sisenevat optilist võimsust. 2. Releevõimendus võrgus, mis asendab olemasolevaid repiitereid optilise kiudside süsteemides; 3. Eelvõimendus: Enne vastuvõtupoole fotodetektorit võimendatakse nõrka valgussignaali eelvõimendusega, et suurendada vastuvõtu tundlikkust.

Praegu on optilise kiu kommunikatsioonis kasutatavad optilised võimendid peamiselt järgmised tüübid: 1. Pooljuht-optiline võimendi (SOA optiline võimendi)/Pooljuhtlaservõimendi (SLA optiline võimendi); 2. Haruldaste muldmetallidega legeeritud kiudvõimendid, näiteks söödaga legeeritud kiudvõimendid (EDFA optiline võimendi) jne. 3. Mittelineaarsed kiudvõimendid, näiteks kiud-Ramani võimendid jne. Järgnevalt on toodud vastavalt lühike sissejuhatus.

1. Pooljuht-optilised võimendid: Erinevates rakendustingimustes ja erineva otspinna peegeldusteguri korral võivad pooljuhtlaserid toota erinevat tüüpi pooljuht-optilisi võimendeid. Kui pooljuhtlaseri juhtvool on madalam kui selle läviväärtus, st laserit ei genereerita, siis sisestatakse ühte otsa optiline signaal. Kui selle optilise signaali sagedus on laseri spektraalkeskme lähedal, võimendatakse see ja väljastatakse teisest otsast. Selline...pooljuhtoptiline võimendinimetatakse Fabry-Perropi tüüpi optiliseks võimendiks (FP-SLA). Kui laseri eelpinge on läviväärtusest kõrgemal, siis nõrk ühemoodiline optiline signaal siseneb ühest otsast ja kui selle optilise signaali sagedus on selle mitmemoodilise laseri spektris, võimendatakse optilist signaali ja lukustatakse see teatud moodile. Sellist optilist võimendit nimetatakse pingelukustusega võimendiks (IL-SLA). Kui pooljuhtlaseri kaks otsa on peegeldatud või kaetud peegeldusvastase kilega, mis muudab selle kiirgusvõime väga väikeseks ja ei suuda moodustada Fabry-Perrow' resonantsõõnsust, siis kui optiline signaal läbib aktiivset lainejuhi kihti, võimendatakse seda liikumise ajal. Seetõttu nimetatakse seda tüüpi optilist võimendit liikuva laine tüüpi optiliseks võimendiks (TW-SLA) ja selle struktuur on näidatud järgmisel joonisel. Kuna liikuva laine tüüpi optilise võimendi ribalaius on kolm suurusjärku suurem kui Fabry-Peroti tüüpi võimendil ja selle 3dB ribalaius võib ulatuda 10 THz-ni, suudab see võimendada erinevate sagedustega optilisi signaale ja on väga paljutõotav optiline võimendi.

2. Söödaga legeeritud kiudvõimendi: See koosneb kolmest osast: esimene on legeeritud kiud, mille pikkus ulatub mõnest meetrist kümnete meetriteni. Need lisandid on peamiselt haruldaste muldmetallide ioonid, mis moodustavad laseri aktiveerimismaterjali; teine ​​on laseri pumbaallikas, mis annab sobiva lainepikkusega energiat legeeritud haruldaste muldmetallide ioonide ergastamiseks, et saavutada valguse võimendamine. Kolmas on sidur, mis võimaldab pumbavalgusel ja signaalvalgusel ühenduda legeeritud optilise kiu aktiveerimismaterjaliga. Kiudvõimendi tööpõhimõte on väga sarnane tahkislaseri omaga. See põhjustab laseriga aktiveeritud materjalis osakeste arvu pöördjaotuse ja tekitab stimuleeritud kiirgust. Stabiilse osakeste arvu inversioonijaotuse oleku loomiseks peaks optilises üleminekus osalema rohkem kui kaks energiataset, tavaliselt kolme- ja neljatasemelised süsteemid, kusjuures pumbaallikast tuleb pidevalt energiat. Energia efektiivseks pakkumiseks peaks pumba footoni lainepikkus olema lühem kui laseri footoni lainepikkus, st pumba footoni energia peaks olema suurem kui laseri footoni energia. Lisaks moodustab resonantne õõnsus positiivse tagasiside ja seega saab moodustada laservõimendi.

3. Mittelineaarsed kiudvõimendid: Nii mittelineaarsed kiudvõimendid kui ka erbiumkiudvõimendid kuuluvad kiudvõimendite kategooriasse. Esimene kasutab aga kvartskiudude mittelineaarset efekti, teine ​​aga erbiumiga legeeritud kvartskiude aktiivsele keskkonnale mõju avaldamiseks. Tavalised kvartsoptilised kiud tekitavad sobiva lainepikkusega tugeva pumbavalguse toimel tugevaid mittelineaarseid efekte, näiteks stimuleeritud Ramani hajumist (SRS), stimuleeritud Brillouini hajumist (SBS) ja neljalainelist segunemist. Kui signaal edastatakse koos pumbavalgusega mööda optilist kiudu, saab signaalivalgust võimendada. Seega moodustavad nad kiud-Ramani võimendid (FRA), Brillouini võimendid (FBA) ja parameetrilised võimendid, mis kõik on hajutatud kiudvõimendid.

Kokkuvõte: Kõigi optiliste võimendite ühine arengusuund on suur võimendus, suur väljundvõimsus ja madal müratase.