Оптический усилитель (статья)

Повторители и усилители

По мере распространения оптического сигнала происходит его ослабление. В коаксиальных линиях передачи для компенсации потерь сигнала при распространении по кабелю и на отводах разветвителей применяют широкополосные усилители. Оптические усилители, способные компенсировать потери при распространении сигнала в оптической среде, были выделены в самостоятельное направление развития оптической техники лишь в 80-х годах XX века. Существует две категории ретрансляторов, обеспечивающих передачу сигнала на большие расстояние: повторители и оптические усилители. В волоконно-оптических системах локальных сетей, где передаются импульсные сигналы, значительно больше распространены повторители. При построении оптических магистралей с необходимостью трансляции аналоговых сигналов применяют, как правило, оптические усилители.
Повторитель сначала преобразует оптический сигнал в электрическую форму, усиливает, корректирует, а затем снова преобразует в оптический сигнал. Можно представить повторитель как последвательно соединенные приемный и передающий оптические модули.
Оптический усилитель, в отличие от повторителя, не осуществляет оптоэлектронного преобразования,а сразу производит усиление оптического сигнала. Они в равной степени усиливают как входной сигнал, так и шум. Кроме того, они вносят собственный шум в выходной оптический сигнал.

Виды оптических усилителей

Существуют следующие виды оптических усилителей:

• с резонатором Фабри-Перо ( применяются для усиления одного канала одной длины волны, обеспечивают высокий коэффициент усиления в очень узком, но широко перестраиваемом спектральном диапазоне);
• на волокне, использующие бриллюэновское рассеяние (используются для усиления одного канала);
• на волокне, использующие рамановское рассеяние (используются для усиления нескольких каналов одновременно);
• полупроводниковые лазерные усилители (ППЛУ), для усиления большого числа каналов в широкой области длин волн одновременно;
• на примесном волокне (для усиления большого числа каналов в широкой области длин волн одновременно).

Однако наибольшее применение нашли оптические усилители на примесном волокне. В процессе изготовления основной материал легируется редкоземельным металлом. Его ионы создают активную среду для усиления в определенных полосах длин волн, соответствующих полосам поглощения легирующего материала. Примесные ионы могут быть легко возбуждены излучением лазерной накачки соответствующих длин волн, а затем относительно легко могут быть ( под воздействием принятого информационного светового сигнала) сбросить возбужденные электроны на нижний уровень в процессе релаксации. Особенности работы усилителя во многом зависят от типа примесей и от диапазона длин волн, в пределах которого он должен усиливать сигнал. Для окна прозрачности 1550нм используется усилитель на оптическом волокне, легированном эрбием (EDFA).