מגברים אופטיים בתחום תקשורת סיבים אופטיים

מגברים אופטיים בתחום תקשורת סיבים אופטיים

An מגבר אופטיהוא מכשיר המגביר אותות אופטיים. בתחום תקשורת הסיבים האופטיים, הוא ממלא בעיקר את התפקידים הבאים: 1. שיפור והגברת ההספק האופטי. על ידי הצבת המגבר האופטי בקצה הקדמי של המשדר האופטי, ניתן להגדיל את ההספק האופטי הנכנס לסיב. 2. הגברת ממסר מקוונת, החלפת משחזרים קיימים במערכות תקשורת סיבים אופטיים; 3. הגברה מוקדמת: לפני גלאי האור בקצה המקבל, אות האור החלש מוגבר מראש כדי לשפר את רגישות הקליטה.

כיום, מגברים אופטיים המאומצים בתקשורת סיבים אופטיים כוללים בעיקר את הסוגים הבאים: 1. מגבר אופטי מוליך למחצה (מגבר אופטי SOA)/מגבר לייזר מוליכים למחצה (מגבר אופטי SLA); 2. מגברי סיבים מסוממים במטחים נדירים, כגון מגברי סיבים מסוממים בבייטן (מגבר אופטי EDFA), וכו'. 3. מגברי סיבים לא ליניאריים, כגון מגברי ראמאן של סיבים וכו'. להלן מבוא קצר בהתאמה.

1. מגברי אופטיים מוליכים למחצה: בתנאי יישום שונים ועם החזרת פנים שונה בקצה, לייזרים מוליכים למחצה יכולים לייצר סוגים שונים של מגברי אופטיים מוליכים למחצה. אם זרם ההנעה של לייזר המוליך למחצה נמוך מהסף שלו, כלומר, לא נוצר לייזר, בשלב זה, אות אופטי מוכנס לקצה אחד. כל עוד תדר האות האופטי הזה קרוב למרכז הספקטרלי של הלייזר, הוא יוגבר ויוצא מהקצה השני. סוג זה שלמגבר אופטי מוליך למחצהנקרא מגבר אופטי מסוג Fabry-Perrop (FP-SLA). אם הלייזר מוטה מעל הסף, אות אופטי חד-מודדי חלש נכנס מקצה אחד, כל עוד תדר האות האופטי נמצא בספקטרום של לייזר רב-מודדי זה, האות האופטי יוגבר וינעל למוד מסוים. סוג זה של מגבר אופטי נקרא מגבר מסוג injaction-locked (IL-SLA). אם שני קצוות לייזר מוליך למחצה מצופים במראה או מתאדים בשכבה של סרט נגד השתקפות, מה שהופך את פליטת הלייזר שלו לקטנה מאוד ואינו מסוגל ליצור חלל תהודה מסוג Fabry-Perrow, כאשר האות האופטי עובר דרך שכבת מוליך הגל הפעיל, הוא יוגבר תוך כדי תנועה. לכן, סוג זה של מגבר אופטי נקרא מגבר אופטי מסוג גל נודד (TW-SLA), והמבנה שלו מוצג באיור הבא. מכיוון שרוחב הפס של מגבר אופטי מסוג גל נודד גדול בשלושה סדרי גודל מזה של מגבר מסוג פברי-פרו, ורוחב הפס שלו ב-3dB יכול להגיע ל-10THz, הוא יכול להגביר אותות אופטיים בתדרים שונים והוא מגבר אופטי מבטיח ביותר.

2. מגבר סיבים מסומם בפיתיון: הוא מורכב משלושה חלקים: הראשון הוא סיב מסומם באורך הנע בין כמה מטרים לעשרות מטרים. זיהומים אלה הם בעיקר יוני אדמה נדירה, היוצרים את חומר הפעלת הלייזר; השני הוא מקור משאבת הלייזר, המספק אנרגיה באורכי גל מתאימים כדי לעורר את יוני האדמה הנדירה המסוממים על מנת להשיג הגברת אור. השלישי הוא המצמד, המאפשר לאור המשאבה ולאור האות להתחבר לחומר הפעלת הסיב האופטי המסומם. עקרון הפעולה של מגבר סיבים דומה מאוד לזה של לייזר במצב מוצק. הוא גורם למצב התפלגות מספר חלקיקים הפוך בתוך החומר המופעל על ידי הלייזר ומייצר קרינה מגורה. כדי ליצור מצב התפלגות מספר חלקיקים יציב, יותר משתי רמות אנרגיה צריכות להיות מעורבות במעבר האופטי, בדרך כלל מערכות בנות שלוש וארבע רמות, עם אספקה ​​רציפה של אנרגיה ממקור משאבה. על מנת לספק אנרגיה ביעילות, אורך הגל של פוטון המשאבה צריך להיות קצר יותר מזה של פוטון הלייזר, כלומר, האנרגיה של פוטון המשאבה צריכה להיות גדולה מזו של פוטון הלייזר. יתר על כן, חלל התהודה יוצר משוב חיובי, וכך ניתן ליצור מגבר לייזר.

3. מגברי סיבים לא ליניאריים: גם מגברי סיבים לא ליניאריים וגם מגברי סיבים ארביום נופלים תחת הקטגוריה של מגברי סיבים. עם זאת, הראשון משתמש באפקט הלא ליניארי של סיבי קוורץ, בעוד שהשני משתמש בסיבים קוורץ מסוממים בארביום כדי לפעול על מדיה פעילה. סיבים אופטיים קוורץ רגילים ייצרו אפקטים לא ליניאריים חזקים תחת פעולת אור משאבה חזק באורכי גל מתאימים, כגון פיזור ראמאן מגורה (SRS), פיזור ברילואן מגורה (SBS) ואפקטים של ערבוב ארבעה גלים. כאשר האות מועבר לאורך הסיב האופטי יחד עם אור המשאבה, ניתן להגביר את אור האות. לפיכך, הם יוצרים מגברי ראמאן לסיבים (FRA), מגברי ברילואן (FBA) ומגברים פרמטריים, כולם מגברי סיבים מבוזרים.

סיכום: כיוון הפיתוח המשותף של כל המגברים האופטיים הוא הגבר גבוה, הספק יציאה גבוה וספרת רעש נמוכה.