Что такое волоконный усилитель?
Волоконный усилитель — это усилитель, используемый для усиления оптических сигналов.
Когда оптические сигналы распространяются в оптоволокне, они ослабляются при передаче или распределении, и усилитель компенсирует это. Традиционно оптические сигналы усиливаются электрически полупроводниковой ИС и т. д., затем снова преобразуются в свет и повторно передаются.
Волоконные усилители, с другой стороны, могут усиливать оптические сигналы непосредственно в оптоволокнах и широко используются в области оптической связи.
Применение волоконно-оптических усилителей
Волоконно-оптические усилители широко используются в области оптической связи с использованием оптических волокон, особенно для оптической связи на большие расстояния, где затухание света при распространении внутри волокна является проблемой.
Усиление оптических сигналов с использованием легированного редкоземельными элементами волокна, что является основным направлением, имеет высокую выходную мощность. Он также может усиливать оптические сигналы с высокими частотами модуляции и мультиплексированием длин волн, которые не могут быть обработаны электрическим усилением с использованием полупроводников, и, таким образом, может обрабатывать оптические сигналы с большими объемами информации.
Используя эти характеристики, волоконные усилители используются в системах дальней ретрансляции, оптических многораспределительных системах и системах оптического частотного мультиплексирования в оптической связи.
Принцип волоконного усилителя
Волоконные усилители (оптоволоконные усилители) в основном состоят из легированных редкоземельными элементами волокон и лазерных диодов накачки (LD накачки) и усиливают оптические сигналы, используя физическое явление индуцированной эмиссии.
Когда редкоземельные ионы возбуждаются LD накачки, входной сигнальный свет запускается и усиливается как оптический сигнал без преобразования в электрический сигнал индуцированной эмиссией. Другие компоненты включают в себя WDM-соединитель для объединения входного сигнального света и света накачки, а также оптический изолятор для предотвращения колебаний усиленного света.
Редкоземельные ионы могут использоваться для усиления в диапазоне 1,3 мкм для ионов Pr, в диапазонах 1,5 мкм и 0,85 мкм для ионов Er, в диапазонах 1,4 мкм и 2 мкм для ионов Tm и в диапазоне 1,0 мкм для ионов Yb, что соответствует их энергетическим уровням, особенно в диапазонах 1,3 мкм, 1,4 мкм и 0,85 мкм. Для усиления вместо кварцевых волокон используются фторидные волокна.
Типы волоконных усилителей
1. Волоконный усилитель, легированный эрбием (EDFA)
Поскольку кварцевые оптические волокна для оптической связи на большие расстояния имеют минимальные потери на длине волны 1,55 мкм, сети передачи оптической связи на большие расстояния были построены с использованием полупроводниковых лазеров с длинами волн в этом диапазоне в качестве источников света. Сети передачи оптической связи на большие расстояния в некоторых случаях простираются на несколько сотен километров, поэтому потери обычно преобразуются из света в электрические сигналы, электрически усиливаются, а затем преобразуются обратно в свет и вводятся в оптическое волокно.
С появлением волоконных усилителей, легированных эрбием (EDFA), оптические сигналы в диапазоне 1,55 мкм могут быть усилены непосредственно при использовании в сочетании с падающим светом от лазерных диодов накачки 0,98 мкм и 1,48 мкм, и это стало доминирующей технологией в современных системах оптической связи на большие расстояния.
2. Волоконный рамановский усилитель (FRA)
Помимо усилителей на основе оптоволокна, легированного эрбием, волоконные рамановские усилители (волоконные усилители) являются еще одним типом волоконных усилителей, который в последнее время привлекает внимание.
Ожидается, что эта технология будет применяться в мультиплексированной по длине волны оптоволоконной связи (WDM), поскольку это физическое явление со свободно устанавливаемыми длинами волн и относительно широкополосным усилением. Однако потребность в мощном возбуждающем свете является проблемой. Производители усердно работают над разработкой технологии, включая технологию разработки лазерного света.
Другая информация о волоконных усилителях
1. Разработка для волоконных датчиков
Изделия, называемые волоконными датчиками, которые состоят из фотоэлектрического датчика Fiber Unit и волоконного усилителя для обнаружения в ограниченном пространстве, также широко используются в основном в промышленных приложениях. Волоконные датчики обычно используют импульсно-модулированный свет и способны выполнять неразрушающий контроль в ограниченном пространстве и различать цвета, а также обладают высокой скоростью отклика.
Их можно использовать в сенсорных приложениях, подходящих для проверки заготовок и выбросов в высокотемпературных средах.
2. Волоконно-оптический усилитель следующего поколения
В дополнение к обычным 1,55 мкм (C-диапазон: от 1,53 до 1,565 мкм) длинноволновым волоконно-оптическим усилителям, в последнее время внимание привлекают более коротковолновые O-диапазоны (от 1,26 до 1,36 мкм) и S-диапазоны (от 1,46 до 1,53 мкм), призванные удовлетворить высокий спрос на оптические коммуникационные приложения.
Некоторые производители выпускают собственные волоконно-оптические усилители, оптимизированные для этих диапазонов, путем разработки специальных материалов.