Kas yra optinis stiprintuvas?

◆Skaidulinių{0}}legiruotų stiprintuvų charakteristikos ir pritaikymas

Anoptinis stiprintuvasyra įrenginys, galintis tiesiogiai sustiprinti silpnus optinius signalus. Jis sustiprina silpną krintančią šviesą, remdamasis stimuliuojamos emisijos arba stimuliuojamos sklaidos principais, o jo mechanizmas yra visiškai toks pat kaip lazerio. Tiesą sakant, struktūriškai optinis stiprintuvas yra lazeris, turintis mažai grįžtamojo ryšio arba jo neturintis. Optinis stiprinimas pasiekiamas, kai optinė terpė patiria populiacijos inversiją veikiant siurblio srovei arba siurblio šviesai, taip įgyvendinant optinį stiprinimą. Šiame skyriuje pristatomi dažniausiai naudojami optinių stiprintuvų tipai ir dėmesys sutelkiamas į erbio -lešrų skaidulinių stiprintuvų principus ir pritaikymą.

Optinių stiprintuvų klasifikacija

Pagal veikimo principus optinius stiprintuvus galima iš esmės suskirstyti į tris tipus

Šio tipo optiniai stiprintuvai skiriasi savo veikimo principais ir sužadinimo būdais.

Balastinio pluošto stiprintuvo veikimo principas

 

 

EDFA struktūra

Erbium -legsiruotas skaidulinis stiprintuvas (EDFA) – tai įrenginys, kuris kaip stiprinimo terpę naudoja erbiu- legiruotą skaidulą, kad sustiprintų signalo šviesą, naudojant lazerinio diodo skleidžiamą siurblio šviesą. Erbio legiruoto skaidulinio stiprintuvo struktūra parodyta paveikslėlyje.

Bangos ilgio tankinimo įrenginys, taip pat žinomas kaip tankintuvas, sujungia siurblio šviesą ir 980/1550 nm arba 1480/1550 nm bangos ilgio signalinę šviesą prieš paduodamas jas į erbiu{4}} legiruotą pluoštą. Tam reikia mažo įterpimo nuostolių ir nejautrumo šviesos poliarizacijai.

Optinis izoliatorius užtikrina vienkryptį šviesos pralaidumą, neleidžia šviesai atsispindėti atgal į pradinį įrenginį, nes toks atspindys padidina stiprintuvo triukšmą ir sumažina stiprinimo efektyvumą.

Optinio filtro funkcija yra filtruoti triukšmą, esantį už optinio stiprintuvo veikimo dažnių juostos pločio, taip pagerinant sistemos signalo -ir-triukšmo santykį.

Erbiu{0}}legiruotas pluoštas yra pagrindinė EDFA (elektro{1}} legiruoto stiprintuvo) sudedamoji dalis. Jame kaip matrica naudojamas silicio dioksido pluoštas, o šerdis papildyta erbio jonais – kietojo -kūno lazerio darbo medžiaga. Nuo kelių metrų iki dešimčių metrų erbio legiruoto pluošto šviesa sąveikauja su medžiaga ir yra sustiprinama bei patobulinta.

 

Erbio legiruoto pluošto režimo lauko skersmuo (MFD) yra 3–6 μm, daug mažesnis nei įprasto pluošto (9–16 μm). Taip siekiama padidinti signalinės šviesos ir siurblio šviesos energijos tankį, taip pagerinant jų sąveikos efektyvumą. Tačiau sumažėjęs erbiu -legiruoto pluošto šerdies skersmuo taip pat lemia režimo lauko nesutapimą su įprastu pluoštu, dėl kurio atsiranda didesnis atspindys ir prarandamas ryšys. Sprendimas yra padengti pluoštą nedideliu kiekiu fluoro, kad sumažėtų lūžio rodiklis, taip padidinant režimo lauko skersmenį, kad būtų pasiektas atitikimo lygis su įprastiniu pluoštu. Be to, lydymosi sujungimo metu režimo lauko skersmens neatitikimas gali būti sumažintas naudojant pereinamuosius pluoštus arba pailginant įprastą skaidulų jungtį, kad būtų sumažintas šerdies skersmuo.

Siekiant veiksmingesnio stiprinimo, gaminant erbiu{0}} legiruotus pluoštus, dauguma jonų koncentruojasi centrinėje pluošto šerdies srityje. Taip yra todėl, kad optinėse skaidulose signalo ir siurblio šviesos šviesos laukai gali būti laikomi maždaug Gauso paskirstytais, o stipriausias šviesos intensyvumas išilgai pluošto šerdies ašies. Molibdeno jonų buvimas paraksialinėje srityje leidžia geriau sąveikauti tarp šviesos ir medžiagos, taip pagerinant energijos konversijos efektyvumą. Priklausomai nuo erbio legiruotų skaidulinių stiprintuvų (EDFA) pritaikymo, EDFA projektavimui galimi įvairių tipų erbiu -legiruoti skaidulos. Pavyzdžiui, EDF-PAX-01 tipas naudojamas projektuojant-grandinių stiprintuvus ir pirminius stiprintuvus, pasižyminčius plokščiu ir plačiu stiprinimo pralaidumu; EDF-LAX-01 tipas gali būti naudojamas grandinėje esančiuose stiprintuvuose, pasižymintis dideliu galios konversijos efektyvumu ir mažu triukšmu; o EDF-BAX-01 tipas užtikrina didelę išėjimo galią ir kt.

Siurblio šaltinis yra dar vienas pagrindinis EDFA (elektro{0}}diruoto pluošto optinio stiprintuvo) komponentas. Jis suteikia pakankamai energijos optiniam signalui sustiprinti, o tai būtina sąlyga norint pasiekti aktyvatoriaus dalelių populiacijos inversiją. Kadangi siurblio šaltinis tiesiogiai lemia EDFA veikimą, jis turi turėti didelę išėjimo galią, gerą stabilumą ir ilgą tarnavimo laiką. Praktiški EDFA siurblio šaltiniai yra visi lazeriniai diodai, kurių siurblio bangos ilgiai yra 980 nm ir 1480 nm. 980 nm siurblio šaltinis yra dažniau naudojamas dėl savo pranašumų – mažo triukšmo, didelio siurblio efektyvumo ir galios iki kelių šimtų milivatų.

 

Siurblio lemputė ir signalas į optinį skaidulą patenka vienu metu. Siurblio šviesa stipriausia ties erbio legiruoto pluošto įvadu. Kai jis sklinda išilgai pluošto, jis palaipsniui perduoda energiją signalinei šviesai, padidindamas signalo stiprumą, o jo paties stiprumas palaipsniui mažėja.

 

Išėjimo galios ir triukšmo charakteristikos taikant skirtingus siurbimo būdus yra palygintos toliau pateiktuose paveikslėliuose. a paveiksle parodytas ryšys tarp išėjimo optinio signalo galios ir siurblio optinės galios; trijų siurbimo būdų diferencinis konversijos efektyvumas yra atitinkamai 61%, 76% ir 77%. B paveiksle parodytas ryšys tarp triukšmo skaičiaus ir stiprintuvo išėjimo optinės galios. Didėjant išėjimo optinei galiai, dalelių inversijos skaičius mažėja, todėl padidėja triukšmo rodiklis. c paveiksle parodytas ryšys tarp triukšmo rodiklio ir erbio legiruoto pluošto ilgio. Kaip matyti iš paveikslo, nepaisant erbio legiruoto pluošto ilgio, EDFA su bendrakrypčiu siurbimo metodu turi mažiausią triukšmą.