Amplificadores ópticos na área de comunicação por fibra óptica
An amplificador ópticoÉ um dispositivo que amplifica sinais ópticos. No campo da comunicação por fibra óptica, ele desempenha principalmente as seguintes funções: 1. Aprimoramento e amplificação da potência óptica. Ao posicionar o amplificador óptico na extremidade frontal do transmissor óptico, a potência óptica que entra na fibra pode ser aumentada. 2. Amplificação de relé on-line, substituindo repetidores existentes em sistemas de comunicação por fibra óptica; 3. Pré-amplificação: Antes do fotodetector na extremidade receptora, o sinal de luz fraca 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 dopados com terras raras, como amplificadores de fibra dopados com isca (Amplificador óptico EDFA), etc. 3. Amplificadores de fibra não lineares, como amplificadores Raman de fibra, etc. A seguir, uma breve introdução, respectivamente.
1. Amplificadores ópticos semicondutores: Sob diferentes condições de aplicação e com diferentes refletâncias finais, os lasers semicondutores podem produzir diversos tipos de amplificadores ópticos semicondutores. Se a corrente de condução do laser semicondutor for inferior ao seu limite, ou seja, se nenhum laser for gerado, nesse momento, um sinal óptico é enviado para uma extremidade. Enquanto a frequência desse sinal óptico estiver próxima ao centro espectral do laser, ele será amplificado e enviado para a outra extremidade. Este tipo deamplificador óptico semicondutoré chamado de amplificador óptico do tipo Fabry-Perrow (FP-SLA). Se o laser for polarizado acima do limiar, o sinal óptico monomodo fraco entra em uma extremidade, desde que a frequência desse sinal óptico esteja dentro do espectro desse laser multimodo, e o sinal óptico será amplificado e bloqueado em um determinado modo. Esse tipo de amplificador óptico é chamado de amplificador do tipo bloqueado por injeção (IL-SLA). Se as duas extremidades de um laser semicondutor forem revestidas por espelho ou evaporadas com uma camada de filme antirreflexo, tornando sua emissividade muito pequena e incapaz de formar uma cavidade ressonante de Fabry-Perrow, quando o sinal óptico passa pela camada ativa do guia de onda, ele será amplificado durante o deslocamento. 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. Como a largura de banda do amplificador óptico do tipo onda progressiva é três ordens de magnitude maior que a do amplificador do tipo Fabry-Perot, e sua largura de banda de 3 dB pode chegar a 10 THz, ele pode amplificar sinais ópticos de várias frequências e é um amplificador óptico altamente promissor.
2. Amplificador de fibra dopada com isca: Consiste em três partes: A primeira é uma fibra dopada com um comprimento que varia de vários 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 de comprimentos de onda apropriados para excitar os íons de terras raras dopados, a fim de alcançar 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 um estado de distribuição de número de partículas invertido dentro do material ativado por laser e gera radiação estimulada. Para criar um estado de distribuição de inversão de número de partículas estável, mais de dois níveis de energia devem estar envolvidos na transição óptica, tipicamente sistemas de três níveis e quatro níveis, com um fornecimento contínuo de energia de uma fonte de bombeamento. Para fornecer energia de forma eficaz, o comprimento de onda do fóton bombeado deve ser menor que o do fóton laser, ou seja, a energia do fóton bombeado deve ser maior que a do fóton laser. Além disso, a cavidade ressonante forma um feedback positivo, permitindo a formação de um amplificador 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 atuar em meios ativos. Fibras ópticas de quartzo comuns geram fortes efeitos não lineares sob a ação de uma forte luz de bombeamento de 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, a luz do sinal pode ser amplificada. Assim, eles formam amplificadores Raman de fibra (FRA), amplificadores Brillouin (FBA) e amplificadores paramétricos, todos eles amplificadores de fibra distribuídos.
Resumo: A direção de desenvolvimento comum de todos os amplificadores ópticos é alto ganho, alta potência de saída e baixo nível de ruído.
Horário de publicação: 08/05/2025