Amplificatoare optice în domeniul comunicațiilor prin fibră optică
An amplificator opticeste un dispozitiv care amplifică semnalele optice. În domeniul comunicațiilor prin fibră optică, acesta joacă în principal următoarele roluri: 1. Îmbunătățirea și amplificarea puterii optice. Prin plasarea amplificatorului optic în capătul frontal al emițătorului optic, puterea optică care intră în fibră poate fi crescută. 2. Amplificare online prin releu, înlocuind repetoarele existente în sistemele de comunicații prin fibră optică; 3. Preamplificare: Înainte de fotodetectorul de la capătul receptor, semnalul luminos slab este preamplificat pentru a îmbunătăți sensibilitatea de recepție.
În prezent, amplificatoarele optice utilizate în comunicațiile prin fibră optică includ în principal următoarele tipuri: 1. Amplificator optic semiconductor (Amplificator optic SOA)/Amplificator laser cu semiconductori (amplificator optic SLA); 2. Amplificatoare cu fibră dopată cu pământuri rare, cum ar fi amplificatoarele cu fibră dopată cu momeală (Amplificator optic EDFA), etc. 3. Amplificatoare neliniare cu fibră, cum ar fi amplificatoarele Raman cu fibră etc. Următoarea este o scurtă introducere, respectiv.
1. Amplificatoare optice semiconductoare: În diferite condiții de aplicare și cu reflectanțe diferite la capăt, laserele semiconductoare pot produce diverse tipuri de amplificatoare optice semiconductoare. Dacă curentul de acționare al laserului semiconductor este mai mic decât pragul său, adică nu se generează niciun laser, în acest moment, un semnal optic este introdus la un capăt. Atâta timp cât frecvența acestui semnal optic este aproape de centrul spectral al laserului, acesta va fi amplificat și transmis la celălalt capăt. Acest tip de...amplificator optic semiconductorse numește amplificator optic de tip Fabry-Perrop (FP-SLA). Dacă laserul este polarizat peste prag, semnalul optic monomod slab este introdus de la un capăt, atâta timp cât frecvența acestui semnal optic se află în spectrul acestui laser multimod, semnalul optic va fi amplificat și blocat într-un anumit mod. Acest tip de amplificator optic se numește amplificator de tip blocat prin injecție (IL-SLA). Dacă cele două capete ale unui laser semiconductor sunt acoperite cu oglindă sau evaporate cu un strat de film antireflexie, ceea ce face ca emisivitatea sa să fie foarte mică și incapabilă să formeze o cavitate rezonantă Fabry-Perrop, atunci când semnalul optic trece prin stratul activ al ghidului de undă, acesta va fi amplificat în timp ce se deplasează. Prin urmare, acest tip de amplificator optic se numește amplificator optic de tip undă călătoare (TW-SLA), iar structura sa este prezentată în figura următoare. Deoarece lățimea de bandă a amplificatorului optic de tip undă călătoare este cu trei ordine de mărime mai mare decât cea a amplificatorului de tip Fabry-Perot, iar lățimea de bandă a acestuia de 3dB poate ajunge la 10THz, acesta poate amplifica semnale optice de diferite frecvențe și este un amplificator optic foarte promițător.
2. Amplificator cu fibră dopată cu momeală: Este alcătuit din trei părți: Prima este o fibră dopată cu o lungime cuprinsă între câțiva metri și zeci de metri. Aceste impurități sunt în principal ioni de pământuri rare, care formează materialul de activare laser; a doua este sursa pompei laser, care furnizează energie cu lungimi de undă adecvate pentru a excita ionii de pământuri rare dopați în scopul realizării amplificarii luminii. A treia este cuplajul, care permite luminii pompei și luminii de semnal să se cupleze în materialul de activare a fibrei optice dopate. Principiul de funcționare al unui amplificator cu fibră este foarte similar cu cel al unui laser în stare solidă. Acesta provoacă o stare de distribuție inversată a numărului de particule în materialul activat de laser și generează radiații stimulate. Pentru a crea o stare stabilă de distribuție a inversării numărului de particule, mai mult de două niveluri de energie ar trebui să fie implicate în tranziția optică, de obicei sisteme cu trei și patru niveluri, cu o alimentare continuă de energie de la o sursă de pompare. Pentru a furniza energie eficient, lungimea de undă a fotonului pompei ar trebui să fie mai scurtă decât cea a fotonului laser, adică energia fotonului pompei ar trebui să fie mai mare decât cea a fotonului laser. În plus, cavitatea rezonantă formează un feedback pozitiv și, astfel, se poate forma un amplificator laser.
3. Amplificatoare neliniare cu fibră optică: Atât amplificatoarele neliniare cu fibră optică, cât și amplificatoarele cu fibră de erbiu se încadrează în categoria amplificatoarelor cu fibră optică. Primele utilizează însă efectul neliniar al fibrelor de cuarț, în timp ce cele din urmă utilizează fibre de cuarț dopate cu erbiu pentru a acționa asupra mediilor active. Fibrele optice obișnuite de cuarț vor genera efecte neliniare puternice sub acțiunea luminii puternice de pompare cu lungimi de undă adecvate, cum ar fi împrăștierea Raman stimulată (SRS), împrăștierea Brillouin stimulată (SBS) și efectele de amestecare în patru unde. Atunci când semnalul este transmis de-a lungul fibrei optice împreună cu lumina de pompare, lumina semnalului poate fi amplificată. Astfel, acestea formează amplificatoare Raman cu fibră optică (FRA), amplificatoare Brillouin (FBA) și amplificatoare parametrice, toate fiind amplificatoare distribuite cu fibră optică.
Rezumat: Direcția comună de dezvoltare a tuturor amplificatoarelor optice este câștigul ridicat, puterea de ieșire mare și cifra de zgomot redusă.
Data publicării: 08 mai 2025