Optische versterkers in de glasvezelcommunicatie
An optische versterkerEen optische versterker is een apparaat dat optische signalen versterkt. In de glasvezelcommunicatie vervult het hoofdzakelijk de volgende functies: 1. Het versterken van optisch vermogen. Door de optische versterker aan het begin van de optische zender te plaatsen, kan het optische vermogen dat de glasvezel binnenkomt, worden verhoogd. 2. Online relaisversterking, ter vervanging van bestaande repeaters in glasvezelcommunicatiesystemen; 3. Voorversterking: vóór de fotodetector aan de ontvangende kant wordt het zwakke lichtsignaal voorversterkt om de ontvangstgevoeligheid te verbeteren.
Momenteel omvatten de optische versterkers die worden gebruikt in glasvezelcommunicatie hoofdzakelijk de volgende typen: 1. Halfgeleider optische versterker (SOA optische versterker)/Halfgeleiderlaserversterker (SLA optische versterker); 2. Vezelversterkers met zeldzame-aardemetalen, zoals vezelversterkers met aasdoping (EDFA optische versterker), enz. 3. Niet-lineaire vezelversterkers, zoals vezel-Ramanversterkers, enz. Hieronder volgt een korte inleiding.
1. Halfgeleider optische versterkers: Onder verschillende toepassingsomstandigheden en met verschillende eindvlakreflectie kunnen halfgeleiderlasers verschillende soorten halfgeleider optische versterkers produceren. Als de stroomsterkte van de halfgeleiderlaser lager is dan de drempelwaarde, dat wil zeggen dat er op dat moment geen laser wordt gegenereerd, wordt er een optisch signaal aan één uiteinde ingevoerd. Zolang de frequentie van dit optische signaal zich in de buurt van het spectrale centrum van de laser bevindt, wordt het versterkt en aan het andere uiteinde uitgevoerd. Dit typehalfgeleider optische versterkerDit wordt een Fabry-Perrow-type optische versterker (FP-SLA) genoemd. Als de laser boven de drempelspanning wordt ingesteld, wordt het zwakke single-mode optische signaal dat aan één uiteinde wordt ingevoerd, versterkt en vergrendeld in een bepaalde modus, zolang de frequentie van dit optische signaal binnen het spectrum van deze multimode laser valt. Dit type optische versterker wordt een injectie-vergrendelde versterker (IL-SLA) genoemd. Als de twee uiteinden van een halfgeleiderlaser zijn voorzien van een spiegelcoating of een antireflectiefilm, waardoor de emissiviteit zeer laag is en er geen Fabry-Perrow-resonantieholte kan worden gevormd, wordt het optische signaal tijdens de doorgang door de actieve golfgeleiderlaag versterkt. Daarom wordt dit type optische versterker een traveling wave-type optische versterker (TW-SLA) genoemd. De structuur ervan is weergegeven in de volgende afbeelding. Omdat de bandbreedte van de optische versterker van het lopende-golftype drie ordes van grootte groter is dan die van de Fabry-Perot-versterker, en de 3dB-bandbreedte 10 THz kan bereiken, kan deze optische signalen van verschillende frequenties versterken en is het een zeer veelbelovende optische versterker.
2. Vezelversterker met lokstof: Deze bestaat uit drie onderdelen: Ten eerste een gedoteerde vezel met een lengte van enkele meters tot tientallen meters. Deze onzuiverheden bestaan voornamelijk uit zeldzame-aardionen, die het laseractiveringsmateriaal vormen; ten tweede de laserpompbron, die energie met de juiste golflengte levert om de gedoteerde zeldzame-aardionen aan te slaan en zo lichtversterking te bewerkstelligen; ten derde de koppelaar, die ervoor zorgt dat het pomplicht en het signaallicht in het gedoteerde optische vezelactiveringsmateriaal worden gekoppeld. Het werkingsprincipe van een vezelversterker is vergelijkbaar met dat van een solid-state laser. Het veroorzaakt een omgekeerde deeltjesaantalverdeling in het laseractiveringsmateriaal en genereert gestimuleerde straling. Om een stabiele omgekeerde deeltjesaantalverdeling te creëren, moeten meer dan twee energieniveaus betrokken zijn bij de optische overgang, typisch drie- en vierniveausystemen, met een continue energietoevoer vanuit een pompbron. Om effectief energie te leveren, moet de golflengte van het pompfoton korter zijn dan die van het laserfoton, dat wil zeggen dat de energie van het pompfoton groter moet zijn dan die van het laserfoton. Bovendien zorgt de resonantieholte voor positieve terugkoppeling, waardoor een laserversterker kan worden gevormd.
3. Niet-lineaire vezelversterkers: Zowel niet-lineaire vezelversterkers als erbiumvezelversterkers vallen onder de categorie vezelversterkers. De eerste maakt echter gebruik van het niet-lineaire effect van kwartsvezels, terwijl de laatste gebruikmaakt van met erbium gedoteerde kwartsvezels om in te werken op actieve media. Gewone kwartsvezels genereren sterke niet-lineaire effecten onder invloed van sterk pomplicht met geschikte golflengten, zoals gestimuleerde Ramanverstrooiing (SRS), gestimuleerde Brillouinverstrooiing (SBS) en viergolfmengingseffecten. Wanneer het signaal samen met het pomplicht door de optische vezel wordt verzonden, kan het signaallicht worden versterkt. Zo ontstaan vezel-Ramanversterkers (FRA), Brillouinversterkers (FBA) en parametrische versterkers, die allemaal gedistribueerde vezelversterkers zijn.
Samenvatting: De algemene ontwikkelingsrichting van volledig optische versterkers is hoge versterking, hoog uitgangsvermogen en een lage ruisfactor.
Geplaatst op: 8 mei 2025