Засилувач со оптички влакна

Оптичкиот засилувач со влакна е еден вид оптички засилувач што користи оптички влакна како медиум за засилување. Вообичаено, медиумот за засилување е влакно допирана со јони на ретки земји, како што се ербиум (EDFA, засилувач на влакна со допирање со ербиум), неодимиум, итербиум (YDFA), прасеодимиум и тулиум. Овие активни допанти се испумпуваат (обезбедени со енергија) со светлина од ласер, како што е диоден ласер поврзан со влакна; во повеќето случаи, светлото на пумпата и засилената сигнална светлина патуваат истовремено во јадрото на влакната. Типичен ласер со влакна е Раман засилувач (види слика подолу).

Слика 1: Шематски дијаграм на аедноставен засилувач со влакна со допирање на ербиум. Две ласерски диоди (LDs) обезбедуваат енергија на пумпата до влакното со допирање на ербиум, кое може да ја засили светлината на бранови должини околу 1550 nm. Два изолатори на Фарадеј во стилот на конска опашка ја изолираат светлината што се рефлектира назад, со што се елиминира нејзиниот ефект врз уредот.
Првично, засилувачите со влакна главно се користеа за комуникација со оптички влакна на долги растојанија, во која сигналното светло треба периодично да се засилува. Типична ситуација е да се користи ласер со влакно допирана со ербиум, а моќта на сигналното светло во спектралниот регион од 1500 nm е умерена. Последователно, засилувачите на влакна беа користени во други важни полиња. Засилувачи со влакна со голема моќност се користат за ласерска обработка на материјали. Овој засилувач обично користи двојно обложено влакно допирана со итербиум, а спектралниот регион на сигналната светлина е 1030-1100 nm. Излезната оптичка моќност може да достигне неколку киловати.
Поради малата површина на режимот и долгата должина на влакната, може да се добие големо засилување од десетици dB под дејство на светлото на пумпата со средна моќност, односно може да се добие висока ефикасност на засилување (особено за мала моќност). . уред). Максималната добивка обично е ограничена од ASE. Влакното има голем сооднос површина-волумен и стабилен пренос во еден режим, така што може да се постигне добра излезна моќност, а излезната светлина е зрак ограничен со дифракција, особено кога се користат влакна со двојно обложување. Меѓутоа, засилувачите со влакна со висока моќност обично немаат многу голема добивка во последната фаза, делумно поради факторите на ефикасност на моќноста; тогаш е потребен синџир на засилувач, така што предзасилувачот обезбедува поголем дел од засилувањето, а последната фаза дава висока излезна моќност.
Заситеноста на засилувачите на влакна е сосема различна од онаа на полупроводничките оптички засилувачи (SOA). Поради малиот пресек на транзиција и високата енергија на заситеност, обично може да достигне неколку десетици mJ кај засилувачите со комуникациски влакна допирани со ербиум и стотици mJ во засилувачите со итербиум со големи области на режим. Затоа, многу енергија (понекогаш неколку mJ) може да се складира во засилувачот на влакна, а потоа да се извлече со краток пулс. Само кога излезната пулсна енергија е поголема од енергијата на сатурација, нарушувањето на пулсот предизвикано од заситеноста е сериозно. Ако го засилите ласерот произведен од ласер со заклучен режим, засилувањето на заситеноста е исто како и засилувањето на CW ласер со иста моќност.
Овие карактеристики на заситување се многу важни за комуникациите со оптички влакна бидејќи се избегнува секој меѓусимболен прекршок, кој се јавува во полупроводнички оптички засилувачи.
Засилувачите на влакна обично работат во регионот на силна заситеност. На овој начин може да се добие максимален излез, а ефектот на мали промени на светлото на пумпата врз излезната оптичка моќност на сигналот ќе се намали.
Максималното засилување обично зависи од засилената спонтана емисија, а не од оптичката моќност на пумпата. Се манифестира кога засилувањето надминува 40 dB. Засилувачите со висока јачина, исто така, треба да ги елиминираат паразитските рефлексии, кои можат да генерираат паразитски ласерски осцилации, па дури и да го оштетат влакното, така што обично се додаваат оптички изолатори на влезот и излезот.
ASE обезбедува основна граница за перформансите на бучавата на засилувачот. Кај засилувачите со четири нивоа со ниски загуби, вишокот шум може да ја достигне теоретската граница, односно бројката на бучава е 3dB при големо засилување, што е поголемо од шумот во вообичаениот медиум за засилување на квази-три нивоа со загуби. ASE и вишокот шум се генерално поголеми кај ласерите со наназад пумпа.
Изворот на светлина на пумпата, исто така, внесува одреден шум. Овие звуци директно влијаат на засилувањето и излезната моќност на сигналот, но немаат ефект кога фреквенцијата на бучавата е многу поголема од инверзната на животниот век на горната енергетска состојба. (Ласерски активните јони се слични на складирањето енергија, намалувајќи ги ефектите од високофреквентните флуктуации на моќноста.) Промените во моќноста на пумпата предизвикуваат и температурни промени, кои потоа се претвораат во фазни грешки.
Самиот ASE може да се користи како суперзрачен извор на светлина со ниска временска кохерентност, што е потребно при оптичко кохерентно сликање. Суперзрачен извор на светлина е сличен на ласер со влакна со висока добивка.