Fiber Optik Gücləndirici

Fiber Optik Gücləndirici, qazanc mühiti kimi optik lifdən istifadə edən bir növ optik gücləndiricidir. Tipik olaraq, qazanc mühiti erbium (EDFA, Erbium-aşkarlanmış Fiber Gücləndirici), neodimium, iterbium (YDFA), praseodimium və tulium kimi nadir torpaq ionları ilə qatlanmış lifdir. Bu aktiv əlavələr lazerdən gələn işıqla, məsələn, liflə birləşdirilmiş diod lazerindən pompalanır (enerji ilə təmin edilir); əksər hallarda nasos işığı və gücləndirilmiş siqnal işığı lif nüvəsində eyni vaxtda hərəkət edir. Tipik bir fiber lazer Raman gücləndiricisidir (aşağıdakı şəklə baxın).

Şəkil 1: a-nın sxematik diaqramısadə erbium qatqılı lif gücləndiricisi. İki lazer diod (LD) 1550 nm ətrafında dalğa uzunluqlarında işığı gücləndirə bilən erbium qatqılı lifi nasos enerjisi ilə təmin edir. At quyruğu tipli iki Faraday izolyatoru arxadan əks olunan işığı təcrid edir və beləliklə onun cihaza təsirini aradan qaldırır.
Əvvəlcə lif gücləndiriciləri əsasən uzun məsafəli fiber-optik rabitə üçün istifadə olunurdu ki, bu zaman siqnal işığının vaxtaşırı gücləndirilməsi lazımdır. Tipik bir vəziyyət erbium qatqılı fiber lazerdən istifadə etməkdir və 1500nm spektral bölgədə siqnal işığının gücü orta səviyyədədir. Sonradan lif gücləndiriciləri digər mühüm sahələrdə istifadə edildi. Lazer materialının emalı üçün yüksək güclü lif gücləndiriciləri istifadə olunur. Bu gücləndirici adətən iterbium qatqılı ikiqat örtüklü lifdən istifadə edir və siqnal işığının spektral sahəsi 1030-1100nm-dir. Çıxış optik gücü bir neçə kilovata çata bilər.
Kiçik rejim sahəsi və uzun lif uzunluğu sayəsində orta gücdə nasos işığının təsiri altında onlarla dB yüksək qazanc əldə edilə bilər, yəni yüksək qazanc səmərəliliyi (xüsusilə aşağı güc üçün) əldə edilə bilər. . qurğu). Maksimum qazanc adətən ASE tərəfindən məhdudlaşdırılır. Lif böyük bir səth-həcm nisbətinə və sabit tək rejimli ötürmə qabiliyyətinə malikdir, buna görə də yaxşı çıxış gücü əldə edilə bilər və çıxış işığı, xüsusən də ikiqat örtüklü liflərdən istifadə edərkən, difraksiya ilə məhdud bir şüadır. Bununla belə, yüksək güclü lif gücləndiriciləri adətən son mərhələdə çox yüksək qazanc əldə etmir, qismən enerji səmərəliliyi faktorlarına görə; daha sonra gücləndirici zənciri tələb olunur ki, preamp qazancın çoxunu təmin etsin və son mərhələ yüksək güc çıxışı təmin etsin.
Lif gücləndiricilərinin qazanc doyma dərəcəsi yarımkeçirici optik gücləndiricilərdən (SOA) tamamilə fərqlidir. Kiçik keçid kəsiyi və yüksək doyma enerjisi sayəsində o, adətən erbium qatqılı rabitə lifli gücləndiricilərdə bir neçə onlarla mJ-ə, iri rejimli sahələrə malik itterbiumlu gücləndiricilərdə isə yüzlərlə mJ-ə çata bilər. Buna görə də, lif gücləndiricisində çoxlu enerji (bəzən bir neçə mJ) saxlanıla bilər və sonra qısa bir impulsla çıxarıla bilər. Yalnız çıxış impuls enerjisi doyma enerjisindən yüksək olduqda, doyma nəticəsində yaranan impulsun təhrifi ciddi olur. Rejim kilidli lazer tərəfindən istehsal olunan lazeri gücləndirsəniz, doyma qazancı CW lazerini eyni gücdə gücləndirməklə eynidir.
Bu doyma xüsusiyyətləri fiber optik rabitə üçün çox vacibdir, çünki yarımkeçirici optik gücləndiricilərdə baş verən hər hansı simvollararası çarpışmanın qarşısını alır.
Fiber gücləndiricilər adətən güclü doyma bölgəsində işləyir. Bu yolla maksimum çıxış əldə edilə bilər və nasos işığında cüzi dəyişikliklərin siqnal çıxışının optik gücünə təsiri azalacaq.
Maksimum qazanc adətən nasosun optik gücündən deyil, gücləndirilmiş spontan emissiyadan asılıdır. Qazanc 40dB-dən çox olduqda özünü göstərir. Yüksək qazanclı gücləndiricilər həmçinin parazitar lazer salınımları yarada və hətta lifə zərər verə bilən parazitar əksetmələri aradan qaldırmalıdırlar, buna görə də giriş və çıxışda optik izolyatorlar adətən əlavə olunur.
ASE gücləndirici səs-küyün performansına əsas məhdudiyyət təqdim edir. Aşağı itkili dörd səviyyəli gücləndiricilərdə artıq səs-küy nəzəri həddə çata bilər, yəni yüksək qazancda səs-küy rəqəmi 3dB-dir, bu, adi itkili kvazi-üç səviyyəli qazanc mühitindəki səs-küydən daha böyükdür. ASE və həddindən artıq səs-küy ümumiyyətlə geriyə pompalanan lazerlərdə daha böyükdür.
Pompanın işıq mənbəyi də bəzi səs-küy yaradır. Bu səs-küylər qazanc və siqnal çıxış gücünə birbaşa təsir edir, lakin səs-küy tezliyi yuxarı enerji vəziyyətinin ömür müddətinin tərsindən çox böyük olduqda heç bir təsiri yoxdur. (Lazer aktiv ionları enerjinin saxlanmasına bənzəyir, yüksək tezlikli güc dalğalanmalarının təsirlərini azaldır.) Nasosun gücünün dəyişməsi də temperaturun dəyişməsinə səbəb olur, bu da sonradan faza xətalarına çevrilir.
ASE özü optik koherent təsvirdə lazım olan aşağı temporal koherentliyə malik superradiant işıq mənbəyi kimi istifadə edilə bilər. Superradiant işıq mənbəyi yüksək qazanclı fiber lazerə bənzəyir.