Bộ khuếch đại quang trong lĩnh vực truyền thông sợi quang
An bộ khuếch đại quang họclà thiết bị khuếch đại tín hiệu quang. Trong lĩnh vực truyền thông sợi quang, nó chủ yếu đóng các vai trò sau: 1. Tăng cường và khuếch đại công suất quang. Bằng cách đặt bộ khuếch đại quang ở đầu trước của máy phát quang, công suất quang đi vào sợi có thể được tăng lên. 2. Khuếch đại rơle trực tuyến, thay thế Bộ lặp hiện có trong hệ thống truyền thông sợi quang; 3. Tiền khuếch đại: Trước bộ tách sóng quang ở đầu thu, tín hiệu ánh sáng yếu được khuếch đại trước để tăng độ nhạy thu.
Hiện nay, các bộ khuếch đại quang được sử dụng trong truyền thông sợi quang chủ yếu bao gồm các loại sau: 1. Bộ khuếch đại quang bán dẫn (Bộ khuếch đại quang SOA)/Bộ khuếch đại laser bán dẫn (Bộ khuếch đại quang SLA); 2. Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp đất hiếm, chẳng hạn như bộ khuếch đại sợi quang pha tạp mồi (Bộ khuếch đại quang EDFA), v.v. 3. Bộ khuếch đại sợi quang phi tuyến tính, chẳng hạn như bộ khuếch đại Raman sợi quang, v.v. Sau đây là phần giới thiệu ngắn gọn tương ứng.
1. Bộ khuếch đại quang bán dẫn: Trong các điều kiện ứng dụng khác nhau và với độ phản xạ mặt đầu khác nhau, laser bán dẫn có thể tạo ra nhiều loại bộ khuếch đại quang bán dẫn khác nhau. Nếu dòng điện dẫn động của laser bán dẫn thấp hơn ngưỡng của nó, nghĩa là không có laser nào được tạo ra, tại thời điểm này, một tín hiệu quang được đưa vào một đầu. Miễn là tần số của tín hiệu quang này ở gần tâm quang phổ của laser, nó sẽ được khuếch đại và đưa ra từ đầu kia. Loại nàybộ khuếch đại quang bán dẫnđược gọi là bộ khuếch đại quang loại Fabry-Perrop (FP-SLA). Nếu laser bị lệch trên ngưỡng, tín hiệu quang đơn chế độ yếu đầu vào từ một đầu, miễn là tần số của tín hiệu quang này nằm trong phổ của laser đa chế độ này, tín hiệu quang sẽ được khuếch đại và khóa ở một chế độ nhất định. Loại bộ khuếch đại quang này được gọi là bộ khuếch đại loại khóa injaction (IL-SLA). Nếu hai đầu của laser bán dẫn được tráng gương hoặc bốc hơi bằng một lớp màng chống phản xạ, làm cho độ phát xạ của nó rất nhỏ và không thể hình thành khoang cộng hưởng Fabry-Perrow, khi tín hiệu quang đi qua lớp ống dẫn sóng chủ động, nó sẽ được khuếch đại trong khi di chuyển. Do đó, loại bộ khuếch đại quang này được gọi là bộ khuếch đại quang loại sóng di chuyển (TW-SLA) và cấu trúc của nó được thể hiện trong hình sau. Do băng thông của bộ khuếch đại quang loại sóng lan truyền lớn hơn ba bậc độ lớn so với bộ khuếch đại loại Fabry-Perot và băng thông 3dB của nó có thể đạt tới 10THz nên nó có thể khuếch đại tín hiệu quang ở nhiều tần số khác nhau và là bộ khuếch đại quang rất hứa hẹn.
2. Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp: Gồm ba phần: Phần thứ nhất là sợi quang pha tạp có chiều dài từ vài mét đến hàng chục mét. Các tạp chất này chủ yếu là các ion đất hiếm, tạo thành vật liệu kích hoạt laser; Phần thứ hai là nguồn bơm laser, cung cấp năng lượng có bước sóng thích hợp để kích thích các ion đất hiếm pha tạp nhằm đạt được sự khuếch đại ánh sáng. Phần thứ ba là bộ ghép, cho phép ánh sáng bơm và ánh sáng tín hiệu ghép vào vật liệu kích hoạt sợi quang pha tạp. Nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại sợi quang rất giống với laser trạng thái rắn. Nó gây ra trạng thái phân bố số hạt đảo ngược bên trong vật liệu được kích hoạt bằng laser và tạo ra bức xạ kích thích. Để tạo ra trạng thái phân bố đảo ngược số hạt ổn định, quá trình chuyển đổi quang học phải có sự tham gia của hơn hai mức năng lượng, thường là hệ thống ba mức và bốn mức, với nguồn cung cấp năng lượng liên tục từ nguồn bơm. Để cung cấp năng lượng hiệu quả, bước sóng của photon bơm phải ngắn hơn bước sóng của photon laser, tức là năng lượng của photon bơm phải lớn hơn năng lượng của photon laser. Hơn nữa, khoang cộng hưởng tạo thành phản hồi tích cực, do đó có thể hình thành bộ khuếch đại laser.
3. Bộ khuếch đại sợi quang phi tuyến tính: Cả bộ khuếch đại sợi quang phi tuyến tính và bộ khuếch đại sợi quang erbi đều nằm trong phạm trù bộ khuếch đại sợi quang. Tuy nhiên, bộ khuếch đại sợi quang phi tuyến tính sử dụng hiệu ứng phi tuyến tính của sợi thạch anh, trong khi bộ khuếch đại sợi quang erbi sử dụng sợi thạch anh pha tạp erbi để tác động lên môi trường hoạt động. Sợi quang thạch anh thông thường sẽ tạo ra các hiệu ứng phi tuyến tính mạnh dưới tác động của ánh sáng bơm mạnh có bước sóng thích hợp, chẳng hạn như tán xạ Raman kích thích (SRS), tán xạ Brillouin kích thích (SBS) và hiệu ứng trộn bốn sóng. Khi tín hiệu được truyền dọc theo sợi quang cùng với ánh sáng bơm, ánh sáng tín hiệu có thể được khuếch đại. Do đó, chúng tạo thành bộ khuếch đại Raman sợi quang (FRA), bộ khuếch đại Brillouin (FBA) và bộ khuếch đại tham số, tất cả đều là bộ khuếch đại sợi quang phân tán.
Tóm tắt: Hướng phát triển chung của tất cả các bộ khuếch đại quang là độ lợi cao, công suất đầu ra cao và hệ số nhiễu thấp.
Thời gian đăng: 08-05-2025