Amplificadors òptics en el camp de la comunicació per fibra òptica

Amplificadors òptics en el camp de la comunicació per fibra òptica

An amplificador òpticés un dispositiu que amplifica senyals òptics. En el camp de la comunicació per fibra òptica, principalment té les funcions següents: 1. Millora i amplificació de la potència òptica. En col·locar l'amplificador òptic a l'extrem frontal del transmissor òptic, es pot augmentar la potència òptica que entra a la fibra. 2. Amplificació de relés en línia, que substitueix els repetidors existents en sistemes de comunicació per fibra òptica; 3. Preamplificació: Abans del fotodetector a l'extrem receptor, el senyal de llum feble es preamplifica per millorar la sensibilitat de recepció.

Actualment, els amplificadors òptics adoptats en la comunicació per fibra òptica inclouen principalment els següents tipus: 1. Amplificador òptic de semiconductors (Amplificador òptic SOA)/Amplificador làser de semiconductors (amplificador òptic SLA); 2. Amplificadors de fibra dopada amb terres rares, com ara amplificadors de fibra dopada amb esquer (Amplificador òptic EDFA), etc. 3. Amplificadors de fibra no lineals, com ara els amplificadors Raman de fibra, etc. A continuació es presenta una breu introducció respectivament.

1. Amplificadors òptics de semiconductors: en diferents condicions d'aplicació i amb diferent reflectància de la cara final, els làsers de semiconductors poden produir diversos tipus d'amplificadors òptics de semiconductors. Si el corrent d'accionament del làser de semiconductor és inferior al seu llindar, és a dir, no es genera cap làser, en aquest moment s'introdueix un senyal òptic a un extrem. Sempre que la freqüència d'aquest senyal òptic estigui a prop del centre espectral del làser, s'amplificarà i s'emetrà des de l'altre extrem. Aquest tipus deamplificador òptic de semiconductorss'anomena amplificador òptic de tipus Fabry-Perrop (FP-SLA). Si el làser està polaritzat per sobre del llindar, el senyal òptic monomodal feble entra des d'un extrem, sempre que la freqüència d'aquest senyal òptic estigui dins de l'espectre d'aquest làser multimodal, el senyal òptic s'amplificarà i es bloquejarà a un mode determinat. Aquest tipus d'amplificador òptic s'anomena amplificador de tipus bloquejat per injecció (IL-SLA). Si els dos extrems d'un làser semiconductor estan recoberts de mirall o evaporats amb una capa de pel·lícula antireflectant, cosa que fa que la seva emissivitat sigui molt petita i no pugui formar una cavitat ressonant de Fabry-Perrop, quan el senyal òptic passi a través de la capa de guia d'ones activa, s'amplificarà mentre viatja. Per tant, aquest tipus d'amplificador òptic s'anomena amplificador òptic de tipus d'ona viatgera (TW-SLA), i la seva estructura es mostra a la figura següent. Com que l'amplada de banda de l'amplificador òptic de tipus d'ona viatgera és tres ordres de magnitud més gran que la de l'amplificador de tipus Fabry-Perot, i la seva amplada de banda de 3 dB pot arribar als 10 THz, pot amplificar senyals òptics de diverses freqüències i és un amplificador òptic molt prometedor.

2. Amplificador de fibra dopada amb esquer: Consta de tres parts: la primera és una fibra dopada amb una longitud que va des de diversos metres fins a desenes de metres. Aquestes impureses són principalment ions de terres rares, que formen el material d'activació del làser; la segona és la font de bombament làser, que proporciona energia de longituds d'ona adequades per excitar els ions de terres rares dopades per tal d'aconseguir l'amplificació de la llum. La tercera és l'acoblador, que permet que la llum de bombament i la llum de senyal s'acoblin al material d'activació de fibra òptica dopada. El principi de funcionament d'un amplificador de fibra és molt similar al d'un làser d'estat sòlid. Provoca un estat de distribució del nombre de partícules invertit dins del material activat per làser i genera radiació estimulada. Per crear un estat de distribució d'inversió del nombre de partícules estable, cal que hi hagi més de dos nivells d'energia implicats en la transició òptica, normalment sistemes de tres i quatre nivells, amb un subministrament continu d'energia d'una font de bombament. Per tal de proporcionar energia de manera eficaç, la longitud d'ona del fotó de bombament ha de ser més curta que la del fotó làser, és a dir, l'energia del fotó de bombament ha de ser més gran que la del fotó làser. A més, la cavitat ressonant forma una retroalimentació positiva i, per tant, es pot formar un amplificador làser.

3. Amplificadors de fibra no lineals: Tant els amplificadors de fibra no lineals com els amplificadors de fibra d'erbi entren dins la categoria d'amplificadors de fibra. Tanmateix, els primers utilitzen l'efecte no lineal de les fibres de quars, mentre que els segons empren fibres de quars dopades amb erbi per actuar sobre medis actius. Les fibres òptiques de quars ordinàries generen forts efectes no lineals sota l'acció d'una forta llum de bombament de longituds d'ona adequades, com ara la dispersió Raman estimulada (SRS), la dispersió Brillouin estimulada (SBS) i els efectes de barreja de quatre ones. Quan el senyal es transmet al llarg de la fibra òptica juntament amb la llum de bombament, la llum del senyal es pot amplificar. Així, formen amplificadors Raman de fibra (FRA), amplificadors Brillouin (FBA) i amplificadors paramètrics, tots els quals són amplificadors de fibra distribuïts.

Resum: La direcció de desenvolupament comuna de tots els amplificadors òptics és un guany elevat, una potència de sortida elevada i una xifra de soroll baixa.