Amplificatori ottici nel campo della comunicazione in fibra ottica
An amplificatore otticoÈ un dispositivo che amplifica i segnali ottici. Nel campo delle comunicazioni in fibra ottica, svolge principalmente i seguenti ruoli: 1. Miglioramento e amplificazione della potenza ottica. Posizionando l'amplificatore ottico all'estremità anteriore del trasmettitore ottico, è possibile aumentare la potenza ottica in ingresso nella fibra. 2. Amplificazione a relè online, in sostituzione dei ripetitori esistenti nei sistemi di comunicazione in fibra ottica; 3. Preamplificazione: prima del fotodiodo 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 includono principalmente i seguenti tipi: 1. Amplificatore ottico a semiconduttore (Amplificatore ottico SOA)/Amplificatore laser a semiconduttore (amplificatore ottico SLA); 2. Amplificatori in fibra drogati con terre rare, come gli amplificatori in fibra drogati con esca (Amplificatore ottico EDFA), ecc. 3. Amplificatori in fibra non lineari, come gli amplificatori Raman in fibra, ecc. Quella che segue è una breve introduzione rispettivamente.
1. Amplificatori ottici a semiconduttore: in diverse condizioni applicative e con diversi gradi di riflettanza delle superfici terminali, 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, ovvero non viene generato alcun laser, in questo momento un segnale ottico viene immesso in ingresso a un'estremità. Finché la frequenza di questo segnale ottico si trova in prossimità del centro spettrale del laser, il segnale verrà amplificato e trasmesso all'altra estremità. Questo tipo di amplificatori ottici a semiconduttore è...amplificatore ottico a semiconduttoreè chiamato amplificatore ottico di tipo Fabry-Perrop (FP-SLA). Se il laser viene polarizzato oltre la soglia, il debole segnale ottico monomodale in ingresso da un'estremità, finché la frequenza di questo segnale ottico rientra nello spettro del laser multimodale, il segnale ottico verrà amplificato e bloccato su una determinata modalità. Questo tipo di amplificatore ottico è chiamato amplificatore di tipo a inietto-bloccato (IL-SLA). Se le due estremità di un laser a semiconduttore sono rivestite a specchio o evaporate con uno strato di film antiriflesso, rendendo la sua emissività molto bassa e incapace di formare una cavità risonante Fabry-Perrop, quando il segnale ottico attraversa lo strato di guida d'onda attiva, verrà amplificato durante il percorso. Pertanto, questo tipo di amplificatore ottico è chiamato amplificatore ottico di tipo a onda viaggiante (TW-SLA) e la sua struttura è mostrata nella figura seguente. Poiché la larghezza di banda dell'amplificatore ottico di tipo a onda progressiva è tre ordini di grandezza maggiore di quella dell'amplificatore di tipo Fabry-Perot e la sua larghezza di banda di 3 dB può raggiungere 10 THz, esso può amplificare segnali ottici di varie frequenze ed è un amplificatore ottico molto promettente.
2. Amplificatore in fibra drogata con esca: è costituito da tre parti: la prima è una fibra drogata con una lunghezza che va da diversi metri a decine di metri. Queste impurità sono principalmente ioni di terre rare, che formano il materiale di attivazione laser; la seconda è la sorgente di pompaggio laser, che fornisce energia alle 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 in fibra è molto simile a quello di un laser a stato solido. Provoca uno stato di distribuzione del numero di particelle invertito all'interno del materiale attivato dal laser e genera radiazione stimolata. Per creare uno stato di distribuzione di inversione del numero di particelle stabile, nella transizione ottica devono essere coinvolti più di due livelli di energia, 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 dovrebbe essere inferiore a quella del fotone laser, ovvero l'energia del fotone di pompaggio dovrebbe 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 in fibra non lineari: sia gli amplificatori in fibra non lineari che quelli in fibra di erbio rientrano nella categoria degli amplificatori in 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 supporti attivi. Le comuni fibre ottiche al quarzo generano forti effetti non lineari sotto l'azione di una luce di pompaggio intensa di lunghezze d'onda appropriate, come lo scattering Raman stimolato (SRS), lo scattering Brillouin stimolato (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. Pertanto, si formano amplificatori Raman in fibra (FRA), amplificatori Brillouin (FBA) e amplificatori parametrici, tutti amplificatori in fibra distribuiti.
Riepilogo: La direzione di sviluppo comune di tutti gli amplificatori ottici è l'elevato guadagno, l'elevata potenza di uscita e la bassa cifra di rumore.
Data di pubblicazione: 08-05-2025