Optiske forstærkere inden for optisk fiberkommunikation
An optisk forstærkerer en enhed, der forstærker optiske signaler. Inden for optisk fiberkommunikation spiller den primært følgende roller: 1. Forbedring og forstærkning af optisk effekt. Ved at placere den optiske forstærker i forenden af den optiske sender kan den optiske effekt, der føres ind i fiberen, øges. 2. Online relæforstærkning, der erstatter eksisterende repeatere i optiske fiberkommunikationssystemer; 3. Forforstærkning: Før fotodetektoren i modtagerenden forforstærkes det svage lyssignal for at forbedre modtagerfølsomheden.
I øjeblikket omfatter de optiske forstærkere, der anvendes i optisk fiberkommunikation, primært følgende typer: 1. Halvlederoptisk forstærker (SOA optisk forstærker)/Halvlederlaserforstærker (SLA optisk forstærker); 2. Fiberforstærkere dopet med sjældne jordarter, såsom fiberforstærkere dopet med agn (EDFA optisk forstærker), osv. 3. Ikke-lineære fiberforstærkere, såsom fiber Raman-forstærkere osv. Følgende er en kort introduktion til henholdsvis.
1. Halvlederoptiske forstærkere: Under forskellige anvendelsesforhold og med forskellig endefladereflektans kan halvlederlasere producere forskellige typer halvlederoptiske forstærkere. Hvis halvlederlaserens drivstrøm er lavere end dens tærskel, dvs. hvis der ikke genereres nogen laser, sendes et optisk signal ind i den ene ende. Så længe frekvensen af dette optiske signal er tæt på laserens spektrale centrum, vil det blive forstærket og sendt ud fra den anden ende. Denne type...halvleder optisk forstærkerkaldes en Fabry-Perrop-type optisk forstærker (FP-SLA). Hvis laseren er forspændt over tærsklen, vil det svage single-mode optiske signal, der sendes ind fra den ene ende, blive forstærket og låst til en bestemt tilstand, så længe frekvensen af dette optiske signal er inden for multimodelaserens spektrum. Denne type optisk forstærker kaldes en injiceringslåst type forstærker (IL-SLA). Hvis de to ender af en halvlederlaser er spejlbelagt eller fordampet med et lag antirefleksionsfilm, hvilket gør dens emissivitet meget lille og ude af stand til at danne et Fabry-Perrow resonanskavitet, vil det optiske signal, når det passerer gennem det aktive bølgelederlag, blive forstærket under bevægelse. Derfor kaldes denne type optisk forstærker en vandrende bølgetype optisk forstærker (TW-SLA), og dens struktur er vist i den følgende figur. Fordi båndbredden for den optiske forstærker af vandrebølgetypen er tre størrelsesordener større end for Fabry-Perot-forstærkeren, og dens 3dB-båndbredde kan nå 10 THz, kan den forstærke optiske signaler med forskellige frekvenser og er en meget lovende optisk forstærker.
2. Bait-doteret fiberforstærker: Den består af tre dele: Den første er en doteret fiber med en længde fra flere meter til ti meter. Disse urenheder er hovedsageligt sjældne jordarters ioner, som danner laseraktiveringsmaterialet; den anden er laserpumpekilden, som leverer energi med passende bølgelængder for at excitere de doterede sjældne jordarters ioner for at opnå lysforstærkning. Den tredje er kobleren, som gør det muligt for pumpelyset og signallyset at koble sig ind i det doterede optiske fiberaktiveringsmateriale. Arbejdsprincippet for en fiberforstærker minder meget om en faststoflasers. Den forårsager en omvendt partikelantalsfordelingstilstand i det laseraktiverede materiale og genererer stimuleret stråling. For at skabe en stabil partikelantalsinversionsfordelingstilstand bør mere end to energiniveauer være involveret i den optiske overgang, typisk tre-niveau og fire-niveau systemer, med en kontinuerlig energiforsyning fra en pumpekilde. For at levere energi effektivt bør pumpefotonens bølgelængde være kortere end laserfotonens, dvs. pumpefotonens energi bør være større end laserfotonens. Desuden danner resonanskaviteten en positiv feedback, og dermed kan der dannes en laserforstærker.
3. Ikke-lineære fiberforstærkere: Både ikke-lineære fiberforstærkere og erbiumfiberforstærkere falder ind under kategorien fiberforstærkere. Førstnævnte udnytter dog den ikke-lineære effekt af kvartsfibre, mens sidstnævnte anvender erbiumdopede kvartsfibre til at virke på aktive medier. Almindelige kvartsoptiske fibre vil generere stærke ikke-lineære effekter under påvirkning af stærkt pumpelys med passende bølgelængder, såsom stimuleret Raman-spredning (SRS), stimuleret Brillouin-spredning (SBS) og firebølgeblandingseffekter. Når signalet transmitteres langs den optiske fiber sammen med pumpelyset, kan signallyset forstærkes. Således danner de fiber-Raman-forstærkere (FRA), Brillouin-forstærkere (FBA) og parametriske forstærkere, som alle er distribuerede fiberforstærkere.
Resumé: Den fælles udviklingsretning for alle optiske forstærkere er høj forstærkning, høj udgangseffekt og lav støjfaktor.
Udsendelsestidspunkt: 8. maj 2025