Amplificadores ópticos no campo da comunicação por fibra óptica
An amplificador ópticoÉ um dispositivo que amplifica sinais ópticos. No campo da comunicação por fibra óptica, desempenha principalmente as seguintes funções: 1. Amplificação e amplificação da potência óptica. Ao posicionar o amplificador óptico na entrada do transmissor óptico, a potência óptica que entra na fibra pode ser aumentada. 2. Amplificação por retransmissão online, substituindo os repetidores existentes em sistemas de comunicação por fibra óptica; 3. Pré-amplificação: Antes do fotodetector na extremidade receptora, o sinal de luz fraco é pré-amplificado para aumentar a sensibilidade de recepção.
Atualmente, os amplificadores ópticos adotados na comunicação por fibra óptica incluem principalmente os seguintes tipos: 1. Amplificador óptico semicondutor (Amplificador óptico SOA)/Amplificador de laser semicondutor (amplificador óptico SLA); 2. Amplificadores de fibra dopada com terras raras, como amplificadores de fibra dopada com isca (Amplificador óptico EDFA), etc. 3. Amplificadores de fibra não lineares, como amplificadores Raman de fibra, etc. A seguir, uma breve introdução a cada um deles.
1. Amplificadores ópticos semicondutores: Sob diferentes condições de aplicação e com diferentes refletâncias da face final, os lasers semicondutores podem produzir vários tipos de amplificadores ópticos semicondutores. Se a corrente de acionamento do laser semicondutor for inferior ao seu limiar, ou seja, se nenhum laser for gerado, um sinal óptico é inserido em uma das extremidades. Contanto que a frequência desse sinal óptico esteja próxima do centro espectral do laser, ele será amplificado e emitido pela outra extremidade. Esse tipo de amplificador óptico semicondutor funciona da seguinte forma:amplificador óptico semicondutoré chamado de amplificador óptico do tipo Fabry-Perrow (FP-SLA). Se o laser for polarizado acima do limiar, o sinal óptico fraco de modo único, inscrito em uma extremidade, será amplificado e travado em um determinado modo desde que a frequência desse sinal óptico esteja dentro do espectro do laser multimodo. Esse tipo de amplificador óptico é chamado de amplificador do tipo travado por injeção (IL-SLA). Se as duas extremidades de um laser semicondutor forem revestidas com um espelho ou uma camada de filme antirreflexo evaporado, tornando sua emissividade muito baixa e incapaz de formar uma cavidade ressonante de Fabry-Perrow, o sinal óptico, ao passar pela camada ativa do guia de ondas, será amplificado durante a propagação. Portanto, esse tipo de amplificador óptico é chamado de amplificador óptico do tipo onda viajante (TW-SLA), e sua estrutura é mostrada na figura a seguir. Devido à largura de banda do amplificador óptico do tipo onda viajante ser três ordens de magnitude maior que a do amplificador do tipo Fabry-Perot, e sua largura de banda de 3dB poder atingir 10THz, ele consegue amplificar sinais ópticos de diversas frequências, sendo um amplificador óptico altamente promissor.
2. Amplificador de fibra dopada com isca: Consiste em três partes: A primeira é uma fibra dopada com comprimento variando de alguns metros a dezenas de metros. Essas impurezas são principalmente íons de terras raras, que formam o material de ativação do laser; A segunda é a fonte de bombeamento do laser, que fornece energia em comprimentos de onda apropriados para excitar os íons de terras raras dopados, a fim de obter a amplificação da luz. A terceira é o acoplador, que permite que a luz de bombeamento e a luz de sinal se acoplem ao material de ativação da fibra óptica dopada. O princípio de funcionamento de um amplificador de fibra é muito semelhante ao de um laser de estado sólido. Ele causa uma inversão na distribuição do número de partículas dentro do material ativado pelo laser e gera radiação estimulada. Para criar um estado estável de inversão na distribuição do número de partículas, mais de dois níveis de energia devem estar envolvidos na transição óptica, tipicamente sistemas de três e quatro níveis, com um fornecimento contínuo de energia da fonte de bombeamento. Para fornecer energia de forma eficaz, o comprimento de onda do fóton de bombeamento deve ser menor que o do fóton do laser, ou seja, a energia do fóton de bombeamento deve ser maior que a do fóton do laser. Além disso, a cavidade ressonante forma uma realimentação positiva, permitindo assim a formação de um amplificador a laser.
3. Amplificadores de fibra não lineares: Tanto os amplificadores de fibra não lineares quanto os amplificadores de fibra de érbio se enquadram na categoria de amplificadores de fibra. No entanto, os primeiros utilizam o efeito não linear das fibras de quartzo, enquanto os últimos empregam fibras de quartzo dopadas com érbio para atuarem como meio ativo. Fibras ópticas de quartzo comuns geram fortes efeitos não lineares sob a ação de luz de bombeamento intensa com comprimentos de onda apropriados, como espalhamento Raman estimulado (SRS), espalhamento Brillouin estimulado (SBS) e efeitos de mistura de quatro ondas. Quando o sinal é transmitido ao longo da fibra óptica juntamente com a luz de bombeamento, o sinal luminoso pode ser amplificado. Assim, formam-se os amplificadores Raman de fibra (FRA), os amplificadores Brillouin (FBA) e os amplificadores paramétricos, todos eles amplificadores de fibra distribuídos.
Resumo: A direção comum no desenvolvimento de todos os amplificadores ópticos é alto ganho, alta potência de saída e baixo nível de ruído.
Data da publicação: 08/05/2025