Amplificatori ottici nel campo delle comunicazioni in fibra ottica
An amplificatori otticiÈ un dispositivo che amplifica i segnali ottici. Nel campo delle comunicazioni in fibra ottica, svolge principalmente le seguenti funzioni: 1. Potenziamento e amplificazione della potenza ottica. Posizionando l'amplificatore ottico all'inizio del trasmettitore ottico, è possibile aumentare la potenza ottica che entra nella fibra. 2. Amplificazione in linea, sostituendo i ripetitori esistenti nei sistemi di comunicazione in fibra ottica; 3. Preamplificazione: prima del fotorivelatore all'estremità ricevente, il debole segnale luminoso viene preamplificato per migliorare la sensibilità di ricezione.
Attualmente, gli amplificatori ottici adottati nella comunicazione in fibra ottica comprendono principalmente i seguenti tipi: 1. Amplificatore ottico a semiconduttore (Amplificatore ottico SOA)/Amplificatore laser a semiconduttore (amplificatore ottico SLA); 2. Amplificatori a fibra drogata con terre rare, come gli amplificatori a fibra drogata con esca (Amplificatore ottico EDFA), ecc. 3. Amplificatori a fibra non lineari, come gli amplificatori Raman a fibra, ecc. Di seguito una breve introduzione.
1. Amplificatori ottici a semiconduttore: In diverse condizioni di applicazione e con diversa riflettanza della faccia terminale, i laser a semiconduttore possono produrre vari tipi di amplificatori ottici a semiconduttore. Se la corrente di pilotaggio del laser a semiconduttore è inferiore alla sua soglia, cioè non viene generato alcun laser, in questo momento, un segnale ottico viene immesso a un'estremità. Finché la frequenza di questo segnale ottico è vicina al centro spettrale del laser, verrà amplificato e emesso dall'altra estremità. Questo tipo diamplificatore ottico a semiconduttoreQuesto tipo di amplificatore ottico è chiamato amplificatore ottico di tipo Fabry-Perrop (FP-SLA). Se il laser è polarizzato al di sopra della soglia, il debole segnale ottico monomodale in ingresso da un'estremità, purché la frequenza di questo segnale ottico sia all'interno dello spettro di questo laser multimodale, verrà amplificato e bloccato su una determinata modalità. Questo tipo di amplificatore ottico è chiamato amplificatore a blocco di iniezione (IL-SLA). Se le due estremità di un laser a semiconduttore sono rivestite con uno specchio o con uno strato di pellicola antiriflesso, rendendo la sua emissività molto piccola e incapace di formare una cavità risonante Fabry-Perrop, quando il segnale ottico attraversa lo strato di guida d'onda attivo, verrà amplificato durante la sua propagazione. Pertanto, questo tipo di amplificatore ottico è chiamato amplificatore ottico a onda progressiva (TW-SLA) e la sua struttura è mostrata nella figura seguente. Poiché la larghezza di banda dell'amplificatore ottico a onda progressiva è di tre ordini di grandezza superiore a quella dell'amplificatore di tipo Fabry-Perot, e la sua larghezza di banda a 3 dB può raggiungere i 10 THz, esso è in grado di amplificare segnali ottici di varie frequenze e rappresenta un amplificatore ottico estremamente promettente.
2. Amplificatore a fibra drogata con esca: è costituito da tre parti: la prima è una fibra drogata con una lunghezza che varia da pochi metri a decine di metri. Queste impurità sono principalmente ioni di terre rare, che costituiscono il materiale di attivazione laser; la seconda è la sorgente di pompaggio laser, che fornisce energia di lunghezze d'onda appropriate per eccitare gli ioni di terre rare drogati al fine di ottenere l'amplificazione della luce. La terza è l'accoppiatore, che consente alla luce di pompaggio e alla luce di segnale di accoppiarsi nel materiale di attivazione della fibra ottica drogata. Il principio di funzionamento di un amplificatore a fibra è molto simile a quello di un laser a stato solido. Provoca uno stato di distribuzione inversa del numero di particelle all'interno del materiale attivato dal laser e genera radiazione stimolata. Per creare uno stato di distribuzione stabile dell'inversione del numero di particelle, devono essere coinvolti più di due livelli di energia nella transizione ottica, tipicamente sistemi a tre e quattro livelli, con un apporto continuo di energia da una sorgente di pompaggio. Per fornire energia in modo efficace, la lunghezza d'onda del fotone di pompaggio deve essere inferiore a quella del fotone laser, ovvero l'energia del fotone di pompaggio deve essere maggiore di quella del fotone laser. Inoltre, la cavità risonante forma un feedback positivo, consentendo così la formazione di un amplificatore laser.
3. Amplificatori a fibra non lineari: Sia gli amplificatori a fibra non lineari che gli amplificatori a fibra di erbio rientrano nella categoria degli amplificatori a fibra. Tuttavia, i primi sfruttano l'effetto non lineare delle fibre di quarzo, mentre i secondi impiegano fibre di quarzo drogate con erbio per agire su mezzi attivi. Le normali fibre ottiche di quarzo generano forti effetti non lineari sotto l'azione di una luce di pompaggio intensa di lunghezze d'onda appropriate, come la diffusione Raman stimolata (SRS), la diffusione Brillouin stimolata (SBS) e gli effetti di miscelazione a quattro onde. Quando il segnale viene trasmesso lungo la fibra ottica insieme alla luce di pompaggio, la luce del segnale può essere amplificata. In questo modo si formano gli amplificatori Raman a fibra (FRA), gli amplificatori Brillouin (FBA) e gli amplificatori parametrici, tutti appartenenti alla categoria degli amplificatori a fibra distribuiti.
In sintesi: la direzione di sviluppo comune di tutti gli amplificatori ottici è quella di ottenere un guadagno elevato, un'elevata potenza di uscita e un basso fattore di rumore.
Data di pubblicazione: 8 maggio 2025