Рамановский усилитель (статья) — различия между версиями
SokTV (обсуждение | вклад) |
SokTV (обсуждение | вклад) |
||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
[[Изображение:Эффект_Рамана.png|thumb|Рис.1 Принцип работы рамановского усилителя]] | [[Изображение:Эффект_Рамана.png|thumb|Рис.1 Принцип работы рамановского усилителя]] | ||
| − | [[Изображение:Схема_рамановского_усилителя.gif|thumb|Рис.1 Схема | + | [[Изображение:Схема_рамановского_усилителя.gif|thumb|Рис.1 Схема Рамановского усилителя]] |
| − | Принцип работы | + | Принцип работы Рамановского усилителя (рис. 1) заключается в том, что в результате Рамановского рассеяния фотоны излучения накачки не только изменяют свою траекторию, но и отдают часть своей энергии микрочастице (молекуле, атому) волокна. При этом рождается новый фотон, частота которого сдвинута в область более низких частот (стоксова волна излучения), а микрочастица волокна переходит на более высокий уровень энергии, т.е. становится возбужденной. Соответственно становится возможным усиление полезного оптического сигнала за счет процессов вынужденного испускания. <br /> |
| − | Типовая схема устройства | + | Типовая схема устройства Рамановского усилителя показана на рис. 2. <br /> |
| − | Явление | + | Явление Рамановского рассеяния носит пороговый характер и наблюдается при мощностях накачки порядка 1 Вт. <br /> |
| − | == Классификация | + | == Классификация Рамановских усилителей == |
| − | Рамановские усилители могут быть распределенными или выполняться в виде дискретных устройств. Дискретный | + | Рамановские усилители могут быть распределенными или выполняться в виде дискретных устройств. Дискретный Рамановский усилитель – устройство, усиливающие оптические сигналы, в котором применяется оптическое волокно с эффектом Рамана, и все физические составляющие расположены внутри устройства. Распределенные усилители характеризуются тем, что эффект усиления сигнала в них достигается путем использования определенных участков или всего оптического волокна, применяемого для передачи. <br /> |
| − | * | + | Распределенные Рамановские усилители могут классифицироваться на три подкатегории: <br /> |
| − | * | + | * Рамановский усилитель с накачкой вперед – энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в одном направлении. |
| − | * | + | * Рамановский усилитель с накачкой назад – энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в противоположных направлениях. |
| − | Типы накачки | + | * Рамановский усилитель с накачкой в двусторонней накачкой – энергия накачки распространяется по волокну передачи в обе стороны. В этом случае часть энергии накачки распро страняется в одном направлении с передаваемым сигналом, а часть – в направлении, противоположном направлению сигнала, передаваемого средствами связи. |
| − | [[Изображение:Типы_накачки.gif|none|Рис.3 Типы накачки | + | Типы накачки Рамановских усилителей показаны на рис. 3. <br /> |
| + | [[Изображение:Типы_накачки.gif|none|Рис.3 Типы накачки Рамановских усилителей]] | ||
| + | |||
| + | == Основные параметры Рамановских усилителей == | ||
| + | Параметры мощности оптического сигнала | ||
| + | Эквивалентная входная мощность - мощность на входе контрольной точки при деактивации Рамановской накачки. | ||
| + | Стабильность выхода при большом сигнале - | ||
| + | Выходная мощность насыщения (коэффициент сжатия мощности) - | ||
| + | Номинальная мощность выходного сигнала - | ||
| + | Максимальная общая выходная мощность - | ||
| + | Диапазон входной мощности - | ||
| + | Диапазон выходной мощности - | ||
| + | Параметры усиления | ||
| + | Рамановский коэффициент усиления включено/выключено - возрастание мощности оптического сигнала в точке измерения мощности при активации Рамановской накачки, по сравнению с мощностью оптического сигнала в точке измерения мощности при деактивации Рамановской накачки. Применимо к распределенным Рамановским усилителям. | ||
| + | Общий коэффициент усиления - определяется как комбинированный Рамановский коэффициент усиления включено/выключено и усиление оптического усилителя, если такой усилитель используют, с вычитанием из этой величины потерь между контрольными точками входа и выхода усилителя. | ||
| + | Общий коэффициент усиления канала - общий коэффициент усиления каждого канала на данной длине волны при многоканальной конфигурации. | ||
| + | Общий коэффициент усиления слабого сигнала - | ||
| + | Общий коэффициент усиления слабого сигнала в обратном направлении - | ||
| + | Максимальный общий коэффициент усиления слабого сигнала - | ||
| + | Максимальный общий коэффициент усиления слабого сигнала на данной длине волны - | ||
| + | Температурные колебания максимального общего коэффициента усиления слабого сигнала - | ||
| + | Общий коэффициент усиления слабого сигнала в данном диапазоне длин волн - | ||
| + | Стабильность общего коэффициента усиления слабого сигнала - | ||
== Обозначение рамановских оптических усилителей == | == Обозначение рамановских оптических усилителей == | ||
| − | С целью идентификации на схемах | + | С целью идентификации на схемах Рамановские оптические усилители маркируются особым образом. Кодирование охватывает все разновидности оптических волоконных усилителей. Первый символ в маркировке – заглавная литера "С" – обозначает, что устройство является оптическим волоконным усилителем. Второй символ – числовой код – определяет тип усилителя. <br /> |
{| class="standard" | {| class="standard" | ||
!Число | !Число | ||
| Строка 32: | Строка 54: | ||
|- | |- | ||
!5 | !5 | ||
| − | |Распределенный | + | |Распределенный Рамановский усилитель; совмещенные, распределенные и дискретные усилители |
|} | |} | ||
| Строка 67: | Строка 89: | ||
== О названии == | == О названии == | ||
21 февраля 1928 г. Ландсберг и Мандельштам обнаружили эффект комбинационного рассеяния света (они зарегистрировали новые линии спектра, возникшие в результате модуляции рассеянного света колебаниями атомов кристаллической решетки в оптическом диапазоне частот). О своем открытии они сообщили на коллоквиуме от 27 апреля 1928 г. и опубликовали соответствующие научные результаты в советском и двух немецких журналах. | 21 февраля 1928 г. Ландсберг и Мандельштам обнаружили эффект комбинационного рассеяния света (они зарегистрировали новые линии спектра, возникшие в результате модуляции рассеянного света колебаниями атомов кристаллической решетки в оптическом диапазоне частот). О своем открытии они сообщили на коллоквиуме от 27 апреля 1928 г. и опубликовали соответствующие научные результаты в советском и двух немецких журналах. | ||
| − | Индийский ученый Ч. В. Раман обнаружил новые линии спектра в исследуемом им излучении 28 февраля 1928 года, т. е. на неделю позже, чем Ландсберг и Мандельштам. Однако, индийские физики опубликовали 16 работ по поведению света в жидкостях и парах на момент выхода публикации Ландсберга и Мандельштама по комбинационному рассеянию света в кристаллах. Несмотря на то, что советские физики проводили свои исследования по рассеянию света с 1918 г и абсолютно независимо от Рамана, Нобелевская премия по физике 1930 года была присуждена лишь Раману «за его работы по рассеянию света и за открытие эффекта, названного по его имени». С тех пор комбинационное рассеяние света в иностранной литературе носит название «эффект Рамана» (Raman effect) или | + | Индийский ученый Ч. В. Раман обнаружил новые линии спектра в исследуемом им излучении 28 февраля 1928 года, т. е. на неделю позже, чем Ландсберг и Мандельштам. Однако, индийские физики опубликовали 16 работ по поведению света в жидкостях и парах на момент выхода публикации Ландсберга и Мандельштама по комбинационному рассеянию света в кристаллах. Несмотря на то, что советские физики проводили свои исследования по рассеянию света с 1918 г и абсолютно независимо от Рамана, Нобелевская премия по физике 1930 года была присуждена лишь Раману «за его работы по рассеянию света и за открытие эффекта, названного по его имени». С тех пор комбинационное рассеяние света в иностранной литературе носит название «эффект Рамана» (Raman effect) или «Рамановское рассеяние» (Raman scattering) и, следовательно, усилитель, использующий в своей основе данное физическое явление, называется Рамановским. <br /> |
В русскоязычной научной литературе, вслед за классиками молекулярного рассеяния света Ландсбергом, Мандельштамом, Фабелинским и многими другими советскими учеными, данное явление традиционно называется «комбинационным рассеянием света», а усилители, следовательно, называются «ВКР-усилителями» (ВКР — вынужденное комбинационное рассеяние). И несмотря на то, что термин «комбинационное рассеяние» употребляется только русскоязычными учеными и в русскоязычных учебниках, такое положение вряд ли изменится, поскольку сопротивление несправедливому решению нобелевского комитета от 1930 года до сих пор весьма велико. <br /> | В русскоязычной научной литературе, вслед за классиками молекулярного рассеяния света Ландсбергом, Мандельштамом, Фабелинским и многими другими советскими учеными, данное явление традиционно называется «комбинационным рассеянием света», а усилители, следовательно, называются «ВКР-усилителями» (ВКР — вынужденное комбинационное рассеяние). И несмотря на то, что термин «комбинационное рассеяние» употребляется только русскоязычными учеными и в русскоязычных учебниках, такое положение вряд ли изменится, поскольку сопротивление несправедливому решению нобелевского комитета от 1930 года до сих пор весьма велико. <br /> | ||
Версия 08:47, 20 августа 2012
Принцип работы Рамановского усилителя (рис. 1) заключается в том, что в результате Рамановского рассеяния фотоны излучения накачки не только изменяют свою траекторию, но и отдают часть своей энергии микрочастице (молекуле, атому) волокна. При этом рождается новый фотон, частота которого сдвинута в область более низких частот (стоксова волна излучения), а микрочастица волокна переходит на более высокий уровень энергии, т.е. становится возбужденной. Соответственно становится возможным усиление полезного оптического сигнала за счет процессов вынужденного испускания.
Типовая схема устройства Рамановского усилителя показана на рис. 2.
Явление Рамановского рассеяния носит пороговый характер и наблюдается при мощностях накачки порядка 1 Вт.
Содержание
Классификация Рамановских усилителей
Рамановские усилители могут быть распределенными или выполняться в виде дискретных устройств. Дискретный Рамановский усилитель – устройство, усиливающие оптические сигналы, в котором применяется оптическое волокно с эффектом Рамана, и все физические составляющие расположены внутри устройства. Распределенные усилители характеризуются тем, что эффект усиления сигнала в них достигается путем использования определенных участков или всего оптического волокна, применяемого для передачи.
Распределенные Рамановские усилители могут классифицироваться на три подкатегории:
- Рамановский усилитель с накачкой вперед – энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в одном направлении.
- Рамановский усилитель с накачкой назад – энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в противоположных направлениях.
- Рамановский усилитель с накачкой в двусторонней накачкой – энергия накачки распространяется по волокну передачи в обе стороны. В этом случае часть энергии накачки распро страняется в одном направлении с передаваемым сигналом, а часть – в направлении, противоположном направлению сигнала, передаваемого средствами связи.
Типы накачки Рамановских усилителей показаны на рис. 3.
Основные параметры Рамановских усилителей
Параметры мощности оптического сигнала Эквивалентная входная мощность - мощность на входе контрольной точки при деактивации Рамановской накачки. Стабильность выхода при большом сигнале - Выходная мощность насыщения (коэффициент сжатия мощности) - Номинальная мощность выходного сигнала - Максимальная общая выходная мощность - Диапазон входной мощности - Диапазон выходной мощности - Параметры усиления Рамановский коэффициент усиления включено/выключено - возрастание мощности оптического сигнала в точке измерения мощности при активации Рамановской накачки, по сравнению с мощностью оптического сигнала в точке измерения мощности при деактивации Рамановской накачки. Применимо к распределенным Рамановским усилителям. Общий коэффициент усиления - определяется как комбинированный Рамановский коэффициент усиления включено/выключено и усиление оптического усилителя, если такой усилитель используют, с вычитанием из этой величины потерь между контрольными точками входа и выхода усилителя. Общий коэффициент усиления канала - общий коэффициент усиления каждого канала на данной длине волны при многоканальной конфигурации. Общий коэффициент усиления слабого сигнала - Общий коэффициент усиления слабого сигнала в обратном направлении - Максимальный общий коэффициент усиления слабого сигнала - Максимальный общий коэффициент усиления слабого сигнала на данной длине волны - Температурные колебания максимального общего коэффициента усиления слабого сигнала - Общий коэффициент усиления слабого сигнала в данном диапазоне длин волн - Стабильность общего коэффициента усиления слабого сигнала -
Обозначение рамановских оптических усилителей
С целью идентификации на схемах Рамановские оптические усилители маркируются особым образом. Кодирование охватывает все разновидности оптических волоконных усилителей. Первый символ в маркировке – заглавная литера "С" – обозначает, что устройство является оптическим волоконным усилителем. Второй символ – числовой код – определяет тип усилителя.
| Число | Тип усилителя |
|---|---|
| 1 | Дискретный усилитель, постусилитель и/или бустерный усилитель |
| 2 | Дискретный предусилитель |
| 3 | Дискретный линейный усилитель, дискретный оптический усилительный передатчик |
| 4 | Дискретный оптический усилительный приемник |
| 5 | Распределенный Рамановский усилитель; совмещенные, распределенные и дискретные усилители |
Третий символ – строчное буквенное обозначение – определяет применение этого устройства.
| Символ | Назначение |
|---|---|
| a | Усилитель для аналоговой одноканальной передачи |
| b | Усилитель для цифровой одноканальной передачи |
| c | Усилитель для цифровой многоканальной передачи |
Четвертый символ – строчное буквенное обозначение – определяется типом накачки усилителя.
| Символ | Тип накачки |
|---|---|
| f | С накачкой вперед |
| r | С накачкой назад |
| b | С накачкой в обе стороны |
О названии
21 февраля 1928 г. Ландсберг и Мандельштам обнаружили эффект комбинационного рассеяния света (они зарегистрировали новые линии спектра, возникшие в результате модуляции рассеянного света колебаниями атомов кристаллической решетки в оптическом диапазоне частот). О своем открытии они сообщили на коллоквиуме от 27 апреля 1928 г. и опубликовали соответствующие научные результаты в советском и двух немецких журналах.
Индийский ученый Ч. В. Раман обнаружил новые линии спектра в исследуемом им излучении 28 февраля 1928 года, т. е. на неделю позже, чем Ландсберг и Мандельштам. Однако, индийские физики опубликовали 16 работ по поведению света в жидкостях и парах на момент выхода публикации Ландсберга и Мандельштама по комбинационному рассеянию света в кристаллах. Несмотря на то, что советские физики проводили свои исследования по рассеянию света с 1918 г и абсолютно независимо от Рамана, Нобелевская премия по физике 1930 года была присуждена лишь Раману «за его работы по рассеянию света и за открытие эффекта, названного по его имени». С тех пор комбинационное рассеяние света в иностранной литературе носит название «эффект Рамана» (Raman effect) или «Рамановское рассеяние» (Raman scattering) и, следовательно, усилитель, использующий в своей основе данное физическое явление, называется Рамановским.
В русскоязычной научной литературе, вслед за классиками молекулярного рассеяния света Ландсбергом, Мандельштамом, Фабелинским и многими другими советскими учеными, данное явление традиционно называется «комбинационным рассеянием света», а усилители, следовательно, называются «ВКР-усилителями» (ВКР — вынужденное комбинационное рассеяние). И несмотря на то, что термин «комбинационное рассеяние» употребляется только русскоязычными учеными и в русскоязычных учебниках, такое положение вряд ли изменится, поскольку сопротивление несправедливому решению нобелевского комитета от 1930 года до сих пор весьма велико.
