Οπτικοί ενισχυτές στον τομέα της επικοινωνίας μέσω οπτικών ινών

Οπτικοί ενισχυτές στον τομέα της επικοινωνίας μέσω οπτικών ινών

An οπτικός ενισχυτήςείναι μια συσκευή που ενισχύει οπτικά σήματα. Στον τομέα της επικοινωνίας μέσω οπτικών ινών, παίζει κυρίως τους ακόλουθους ρόλους: 1. Ενίσχυση και ενίσχυση της οπτικής ισχύος. Τοποθετώντας τον οπτικό ενισχυτή στο μπροστινό άκρο του οπτικού πομπού, μπορεί να αυξηθεί η οπτική ισχύς που εισέρχεται στην ίνα. 2. Ενίσχυση μέσω ρελέ σε απευθείας σύνδεση, αντικαθιστώντας τους υπάρχοντες επαναλήπτες σε συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών. 3. Προενίσχυση: Πριν από τον φωτοανιχνευτή στο άκρο λήψης, το ασθενές σήμα φωτός προενισχύεται για να ενισχυθεί η ευαισθησία λήψης.

Προς το παρόν, οι οπτικοί ενισχυτές που χρησιμοποιούνται στην επικοινωνία οπτικών ινών περιλαμβάνουν κυρίως τους ακόλουθους τύπους: 1. Οπτικός ενισχυτής ημιαγωγών (Οπτικός ενισχυτής SOA)/Ενισχυτής ημιαγωγού λέιζερ (οπτικός ενισχυτής SLA)· 2. Ενισχυτές οπτικών ινών με προσμίξεις σπάνιων γαιών, όπως ενισχυτές οπτικών ινών με προσμίξεις δολώματος (Οπτικός ενισχυτής EDFA), κ.λπ. 3. Μη γραμμικοί ενισχυτές οπτικών ινών, όπως ενισχυτές Raman οπτικών ινών, κ.λπ. Ακολουθεί μια σύντομη εισαγωγή αντίστοιχα.

1. Οπτικοί ενισχυτές ημιαγωγών: Υπό διαφορετικές συνθήκες εφαρμογής και με διαφορετική ανακλαστικότητα στην τελική όψη, τα λέιζερ ημιαγωγών μπορούν να παράγουν διάφορους τύπους οπτικών ενισχυτών ημιαγωγών. Εάν το ρεύμα οδήγησης του λέιζερ ημιαγωγών είναι χαμηλότερο από το κατώφλι του, δηλαδή δεν παράγεται λέιζερ, τότε εισάγεται ένα οπτικό σήμα στο ένα άκρο. Εφόσον η συχνότητα αυτού του οπτικού σήματος είναι κοντά στο φασματικό κέντρο του λέιζερ, θα ενισχυθεί και θα εξέλθει από το άλλο άκρο. Αυτό το είδοςοπτικός ενισχυτής ημιαγωγώνονομάζεται οπτικός ενισχυτής τύπου Fabry-Perrop (FP-SLA). Εάν το λέιζερ είναι πολωμένο πάνω από το κατώφλι, το ασθενές μονοτροπικό οπτικό σήμα εισόδου από το ένα άκρο, εφόσον η συχνότητα αυτού του οπτικού σήματος βρίσκεται εντός του φάσματος αυτού του πολυτροπικού λέιζερ, το οπτικό σήμα θα ενισχυθεί και θα κλειδωθεί σε μια συγκεκριμένη λειτουργία. Αυτό το είδος οπτικού ενισχυτή ονομάζεται ενισχυτής τύπου κλειδώματος έγχυσης (IL-SLA). Εάν τα δύο άκρα ενός λέιζερ ημιαγωγών είναι επικαλυμμένα με καθρέφτη ή εξατμισμένα με ένα στρώμα αντιανακλαστικής μεμβράνης, καθιστώντας την εκπεμψιμότητά του πολύ μικρή και ανίκανη να σχηματίσει μια κοιλότητα συντονισμού Fabry-Perrow, όταν το οπτικό σήμα διέρχεται από το ενεργό στρώμα κυματοδηγού, θα ενισχυθεί κατά τη διάρκεια της διαδρομής του. Επομένως, αυτός ο τύπος οπτικού ενισχυτή ονομάζεται οπτικός ενισχυτής τύπου ταξιδεύοντος κύματος (TW-SLA) και η δομή του φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα. Επειδή το εύρος ζώνης του οπτικού ενισχυτή τύπου οδεύοντος κύματος είναι τρεις τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από αυτό του ενισχυτή τύπου Fabry-Perot και το εύρος ζώνης των 3dB μπορεί να φτάσει τα 10THz, μπορεί να ενισχύσει οπτικά σήματα διαφόρων συχνοτήτων και είναι ένας πολλά υποσχόμενος οπτικός ενισχυτής.

2. Ενισχυτής οπτικής ίνας με προσμίξεις: Αποτελείται από τρία μέρη: Το πρώτο είναι μια προσμικτική ίνα με μήκος που κυμαίνεται από αρκετά μέτρα έως δεκάδες μέτρα. Αυτές οι ακαθαρσίες είναι κυρίως ιόντα σπάνιων γαιών, τα οποία σχηματίζουν το υλικό ενεργοποίησης λέιζερ. Το δεύτερο είναι η πηγή αντλίας λέιζερ, η οποία παρέχει ενέργεια κατάλληλων μηκών κύματος για να διεγείρει τα προσμικτωμένα ιόντα σπάνιων γαιών προκειμένου να επιτευχθεί η ενίσχυση του φωτός. Το τρίτο είναι ο ζεύκτης, ο οποίος επιτρέπει στο φως αντλίας και στο φως σήματος να συνδεθούν στο προσμικτωμένο υλικό ενεργοποίησης οπτικής ίνας. Η αρχή λειτουργίας ενός ενισχυτή οπτικής ίνας είναι πολύ παρόμοια με αυτή ενός λέιζερ στερεάς κατάστασης. Προκαλεί μια αντίστροφη κατάσταση κατανομής αριθμού σωματιδίων εντός του υλικού που ενεργοποιείται με λέιζερ και παράγει διεγερμένη ακτινοβολία. Για να δημιουργηθεί μια σταθερή κατάσταση κατανομής αντιστροφής αριθμού σωματιδίων, θα πρέπει να εμπλέκονται περισσότερα από δύο επίπεδα ενέργειας στην οπτική μετάβαση, συνήθως συστήματα τριών και τεσσάρων επιπέδων, με συνεχή παροχή ενέργειας από μια πηγή αντλίας. Για να παρέχεται αποτελεσματικά ενέργεια, το μήκος κύματος του φωτονίου αντλίας θα πρέπει να είναι μικρότερο από αυτό του φωτονίου λέιζερ, δηλαδή, η ενέργεια του φωτονίου αντλίας θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από αυτή του φωτονίου λέιζερ. Επιπλέον, η συντονισμένη κοιλότητα σχηματίζει θετική ανάδραση και έτσι μπορεί να σχηματιστεί ένας ενισχυτής λέιζερ.

3. Μη γραμμικοί ενισχυτές οπτικών ινών: Τόσο οι μη γραμμικοί ενισχυτές οπτικών ινών όσο και οι ενισχυτές οπτικών ινών ερβίου εμπίπτουν στην κατηγορία των ενισχυτών οπτικών ινών. Ωστόσο, ο πρώτος χρησιμοποιεί το μη γραμμικό φαινόμενο των ινών χαλαζία, ενώ ο δεύτερος χρησιμοποιεί ίνες χαλαζία με πρόσμιξη ερβίου για να δράσει σε ενεργά μέσα. Οι συνηθισμένες οπτικές ίνες χαλαζία θα δημιουργήσουν ισχυρά μη γραμμικά φαινόμενα υπό την επίδραση ισχυρού φωτός άντλησης κατάλληλων μηκών κύματος, όπως διεγερμένη σκέδαση Raman (SRS), διεγερμένη σκέδαση Brillouin (SBS) και φαινόμενα ανάμειξης τεσσάρων κυμάτων. Όταν το σήμα μεταδίδεται κατά μήκος της οπτικής ίνας μαζί με το φως άντλησης, το φως σήματος μπορεί να ενισχυθεί. Έτσι, σχηματίζουν ενισχυτές οπτικών ινών Raman (FRA), ενισχυτές Brillouin (FBA) και παραμετρικούς ενισχυτές, οι οποίοι είναι όλοι κατανεμημένοι ενισχυτές οπτικών ινών.

Σύνοψη: Η κοινή κατεύθυνση ανάπτυξης όλων των οπτικών ενισχυτών είναι το υψηλό κέρδος, η υψηλή ισχύς εξόδου και ο χαμηλός θόρυβος.