Технология волоконно-оптических усилителей
В волоконно-оптической связи лучи видимого или инфракрасного (ИК) излучения, переносимые оптоволокном, ослабляются по мере их прохождения через материал. Затем идет оптоволоконный усилитель, который используется для компенсации пробуждения информации во время передачи.
Усилители вставляются в определенные места для усиления оптических сигналов в системе, где сигналы слабые. Это усиление позволяет успешно передавать сигналы по оставшейся длине кабеля. В больших сетях длинные серии волоконно-оптических усилителей располагаются в последовательности по всему сетевому соединению.
Обычные волоконно-оптические усилители включают волоконный усилитель на основе эрбия (или оптический усилитель EDFA), рамановский волоконный усилитель и кремниевый оптический усилитель (SOA). Волоконный усилитель на основе эрбия является основным типом волоконного усилителя, используемого для усиления сигнала в волоконно-оптической системе WDM, поскольку мы знаем, что именно WDM увеличивает пропускную способность волоконно-оптической системы связи, и именно волоконный усилитель на основе эрбия делает Возможна передача WDM. Волоконные усилители разработаны для поддержки плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM), который называется DWDM EDFA-усилителем, и для расширения до других диапазонов длин волн, поддерживаемых волоконной оптикой.
Существует несколько различных физических механизмов, которые можно использовать для усиления светового сигнала, которые соответствуют основным типам оптических усилителей. В волоконно-оптических усилителях и объемных лазерах стимулированное излучение в усиленной среде усилителя вызывает усиление входящего света. В полупроводниковых оптических усилителях (SOA) происходит электронно-дырочная рекомбинация. В рамановских усилителях при комбинационном рассеянии входящего света на фононах в решетке усиливающей среды образуются фотоны, когерентные с поступающими фотонами. Параметрические усилители используют параметрическое усиление.
Когда свет проходит через вещество, часть света рассеивается в случайных направлениях. Небольшая часть рассеянного света имеет частоты, удаленные от частоты падающего луча на величины, равные частотам колебаний системы рассеяния материала. Рамановские волоконно-оптические усилители работают в этом небольшом диапазоне рассеяния. Если исходный луч достаточно интенсивный и монохроматический, может быть достигнут порог, после которого свет на комбинационных частотах усиливается, сильно накапливается и, как правило, обладает характеристиками стимулированного излучения. Это называется стимулированным или когерентным рамановским эффектом.
Волоконно-оптический усилитель EFDA функционирует путем добавления эрбия, редкоземельных ионов к материалу сердцевины волокна в качестве легирующей добавки; обычно на уровне нескольких сотен частей на миллион. Волокно обладает высокой прозрачностью при длине волны эрбиевой генерации от двух до девяти микрон. При накачке лазерным диодом создается оптическое усиление и происходит усиление.
Кремниевый или полупроводниковый оптический усилитель работает аналогично обычному лазеру. Структура почти такая же, с двумя специально разработанными плитами из полупроводникового материала друг над другом, а другой материал между ними образует «активный слой». Через устройство устанавливается электрический ток, чтобы возбудить электроны, которые затем могут вернуться в невозбужденное основное состояние и испустить фотоны. Входящий оптический сигнал стимулирует излучение света на собственной длине волны.
Волоконно-оптический повторитель также может повторно усиливать ослабленный сигнал, но он может функционировать только на определенной длине волны и не подходит для систем WDM. Вот почему волоконно-оптический усилитель играет гораздо более важную роль в системах связи.
