Amplificadores ópticos no campo da comunicación por fibra óptica
An amplificador ópticoé un dispositivo que amplifica sinais ópticos. No campo da comunicación por fibra óptica, desempeña principalmente as seguintes funcións: 1. Mellora e amplificación da potencia óptica. Ao colocar o amplificador óptico no extremo frontal do transmisor óptico, pódese aumentar a potencia óptica que entra na fibra. 2. Amplificación de relé en liña, que substitúe os repetidores existentes nos sistemas de comunicación por fibra óptica; 3. Preamplificación: Antes do fotodetector no extremo receptor, o sinal de luz débil é preamplificado para mellorar a sensibilidade de recepción.
Na actualidade, os amplificadores ópticos adoptados na comunicación por fibra óptica inclúen principalmente os seguintes tipos: 1. Amplificador óptico de semicondutores (Amplificador óptico SOA)/Amplificador láser de semicondutores (amplificador óptico SLA); 2. Amplificadores de fibra dopada con terras raras, como os amplificadores de fibra dopada con cebo (Amplificador óptico EDFA), etc. 3. Amplificadores de fibra non lineais, como os amplificadores Raman de fibra, etc. A continuación móstrase unha breve introdución respectivamente.
1. Amplificadores ópticos de semicondutores: en diferentes condicións de aplicación e con diferente reflectancia na cara final, os láseres de semicondutores poden producir varios tipos de amplificadores ópticos de semicondutores. Se a corrente de accionamento do láser de semicondutores é inferior ao seu limiar, é dicir, non se xera ningún láser, neste momento, un sinal óptico entra nun extremo. Sempre que a frecuencia deste sinal óptico estea preto do centro espectral do láser, amplificarase e emitirase polo outro extremo. Este tipo deamplificador óptico de semicondutoreschámase amplificador óptico de tipo Fabry-Perrop (FP-SLA). Se o láser está polarizado por riba do limiar, o sinal óptico monomodo débil entra desde un extremo, sempre que a frecuencia deste sinal óptico estea dentro do espectro deste láser multimodo, o sinal óptico amplificarase e bloquearase nun determinado modo. Este tipo de amplificador óptico chámase amplificador de tipo bloqueado por inxección (IL-SLA). Se os dous extremos dun láser semicondutor están revestidos de espello ou evaporados cunha capa de película antirreflexo, o que fai que a súa emisividade sexa moi pequena e incapaz de formar unha cavidade resonante de Fabry-Perrow, cando o sinal óptico pase a través da capa de guía de ondas activa, amplificarase mentres viaxa. Polo tanto, este tipo de amplificador óptico chámase amplificador óptico de tipo onda viaxeira (TW-SLA) e a súa estrutura móstrase na seguinte figura. Dado que o ancho de banda do amplificador óptico de tipo onda viaxante é tres ordes de magnitude maior que o do amplificador de tipo Fabry-Perot, e o seu ancho de banda de 3 dB pode alcanzar os 10 THz, pode amplificar sinais ópticos de varias frecuencias e é un amplificador óptico moi prometedor.
2. Amplificador de fibra dopada con cebo: Consta de tres partes: a primeira é unha fibra dopada cunha lonxitude que varía desde varios metros ata decenas de metros. Estas impurezas son principalmente ións de terras raras, que forman o material de activación do láser; a segunda é a fonte de bombeo láser, que proporciona enerxía de lonxitudes de onda axeitadas para excitar os ións de terras raras dopados co fin de lograr a amplificación da luz. A terceira é o acoplador, que permite que a luz de bombeo e a luz de sinal se acoplen ao material de activación da fibra óptica dopada. O principio de funcionamento dun amplificador de fibra é moi similar ao dun láser de estado sólido. Provoca un estado de distribución do número de partículas invertido dentro do material activado por láser e xera radiación estimulada. Para crear un estado de distribución de inversión do número de partículas estable, deben estar implicados máis de dous niveis de enerxía na transición óptica, normalmente sistemas de tres e catro niveis, cun subministro continuo de enerxía dunha fonte de bombeo. Para proporcionar enerxía de forma eficaz, a lonxitude de onda do fotón de bombeo debe ser máis curta que a do fotón láser, é dicir, a enerxía do fotón de bombeo debe ser maior que a do fotón láser. Ademais, a cavidade resonante forma unha retroalimentación positiva, e polo tanto pódese formar un amplificador láser.
3. Amplificadores de fibra non lineal: Tanto os amplificadores de fibra non lineal como os de fibra de erbio pertencen á categoría de amplificadores de fibra. Non obstante, os primeiros utilizan o efecto non lineal das fibras de cuarzo, mentres que os segundos empregan fibras de cuarzo dopadas con erbio para actuar sobre medios activos. As fibras ópticas de cuarzo ordinarias xerarán fortes efectos non lineais baixo a acción dunha forte luz de bombeo de lonxitudes de onda axeitadas, como a dispersión Raman estimulada (SRS), a dispersión Brillouin estimulada (SBS) e os efectos de mestura de catro ondas. Cando o sinal se transmite ao longo da fibra óptica xunto coa luz de bombeo, a luz do sinal pode amplificarse. Así, forman amplificadores Raman de fibra (FRA), amplificadores Brillouin (FBA) e amplificadores paramétricos, todos os cales son amplificadores de fibra distribuídos.
Resumo: A dirección de desenvolvemento común de todos os amplificadores ópticos é a alta ganancia, a alta potencia de saída e a baixa cifra de ruído.
Data de publicación: 08 de maio de 2025