Skaidulinis optinis stiprintuvas

Skaidulinis optinis stiprintuvas yra tam tikras optinis stiprintuvas, naudojant optinį skaidulą kaip stiprinimo terpę. Paprastai stiprinimo terpė yra pluoštas, legiruotas retųjų žemių jonais, tokiais kaip erbis (EDFA, Erbium-Doped Fiber Amplifier), neodimiu, iterbiu (YDFA), prazeodimiu ir tuliu. Šie aktyvūs priedai yra pumpuojami (suteikiami energija) lazerio šviesa, pavyzdžiui, skaiduliniu diodiniu lazeriu; daugeliu atvejų siurblio lemputė ir sustiprinta signalinė lemputė vienu metu keliauja pluošto šerdyje. Tipiškas skaidulinis lazeris yra Ramano stiprintuvas (žr. paveikslėlį žemiau).

1 pav. Scheminė apaprastas erbiu legiruotas skaidulinis stiprintuvas. Du lazeriniai diodai (LD) tiekia siurblio energiją erbiu legiruotam pluoštui, kuris gali sustiprinti šviesą esant maždaug 1550 nm bangos ilgiui. Du arklio uodegos stiliaus Faraday izoliatoriai izoliuoja atgal atspindėtą šviesą, taip pašalindami jos poveikį įrenginiui.
Iš pradžių šviesolaidiniai stiprintuvai daugiausia buvo naudojami tolimam šviesolaidiniam ryšiui, kai signalinę šviesą reikia periodiškai stiprinti. Tipiška situacija yra naudoti erbiu legiruotą skaidulinį lazerį, o signalinės šviesos galia 1500 nm spektrinėje srityje yra vidutinė. Vėliau skaiduliniai stiprintuvai buvo naudojami kitose svarbiose srityse. Lazeriniam medžiagų apdorojimui naudojami didelės galios skaiduliniai stiprintuvai. Šis stiprintuvas dažniausiai naudoja iterbiu legiruotą dvigubą skaidulą, o signalinės šviesos spektrinė sritis yra 1030–1100 nm. Išėjimo optinė galia gali siekti kelis kilovatus.
Dėl mažo režimo ploto ir ilgo pluošto ilgio, veikiant vidutinės galios siurblio šviesai, galima gauti didelį dešimčių dB stiprinimą, tai yra, galima gauti didelį stiprinimo efektyvumą (ypač esant mažai galiai). . prietaisas). Didžiausią padidėjimą paprastai riboja ASE. Pluoštas turi didelį paviršiaus ir tūrio santykį ir stabilų vieno režimo perdavimą, todėl galima pasiekti gerą išvesties galią, o išėjimo šviesa yra difrakcijos ribotas spindulys, ypač naudojant dvigubo apvalkalo pluoštus. Tačiau didelės galios skaiduliniai stiprintuvai paprastai neturi labai didelio stiprinimo paskutiniame etape, iš dalies dėl galios efektyvumo faktorių; tada reikalinga stiprintuvo grandinė, kad pirminis stiprintuvas suteiktų didžiąją dalį stiprinimo, o paskutinė pakopa duotų didelę galią.
Skaidulinių stiprintuvų stiprinimo prisotinimas visiškai skiriasi nuo puslaidininkinių optinių stiprintuvų (SOA). Dėl mažo pereinamojo skerspjūvio ir didelės soties energijos ji paprastai gali siekti kelias dešimtis mJ erbiu legiruotuose ryšių skaidulų stiprintuvuose ir šimtus mJ iterbiu legiruotuose stiprintuvuose su dideliais režimų plotais. Todėl daug energijos (kartais net kelis mJ) galima sukaupti skaiduliniame stiprintuve ir išgauti trumpu impulsu. Tik tada, kai išėjimo impulso energija yra didesnė už soties energiją, soties sukeliamas impulso iškraipymas yra rimtas. Jei sustiprinsite lazerį, pagamintą naudojant fiksuoto režimo lazerį, soties padidėjimas yra toks pat, kaip stiprinant CW lazerį ta pačia galia.
Šios soties charakteristikos yra labai svarbios šviesolaidiniam ryšiui, nes išvengiama bet kokio tarpsimbolinio skersinio pokalbio, kuris atsiranda puslaidininkiniuose optiniuose stiprintuvuose.
Skaiduliniai stiprintuvai paprastai veikia stipraus prisotinimo srityje. Tokiu būdu galima gauti didžiausią galią, o nežymių siurblio šviesos pokyčių įtaka signalo išėjimo optinei galiai.
Didžiausias stiprinimas paprastai priklauso nuo sustiprintos spontaninės emisijos, o ne nuo siurblio optinės galios. Jis pasireiškia, kai stiprinimas viršija 40dB. Didelio stiprumo stiprintuvai taip pat turi pašalinti parazitinius atspindžius, kurie gali generuoti parazitinius lazerio virpesius ir netgi sugadinti skaidulą, todėl optiniai izoliatoriai dažniausiai pridedami prie įėjimo ir išėjimo.
ASE nustato pagrindinį stiprintuvo triukšmo veikimo apribojimą. Mažo nuostolio keturių lygių stiprintuvuose perteklinis triukšmas gali pasiekti teorinę ribą, ty triukšmo rodiklis yra 3 dB esant dideliam stiprinimui, kuris yra didesnis nei triukšmas įprastoje beveik trijų lygių stiprinimo terpėje. ASE ir perteklinis triukšmas paprastai yra didesni atgalinio siurblio lazeriuose.
Siurblio šviesos šaltinis taip pat kelia tam tikrą triukšmą. Šie triukšmai tiesiogiai veikia stiprinimą ir signalo išvesties galią, tačiau neturi jokio poveikio, kai triukšmo dažnis yra daug didesnis nei atvirkštinis viršutinės energijos būsenos gyvavimo laikas. (Lazeriu aktyvūs jonai yra panašūs į energijos kaupimą, todėl sumažina aukšto dažnio galios svyravimų poveikį.) Siurblio galios pokyčiai taip pat sukelia temperatūros pokyčius, kurie vėliau virsta fazių paklaidomis.
Pats ASE gali būti naudojamas kaip superspinduliuojantis šviesos šaltinis, turintis mažą laiko koherentiškumą, kuris reikalingas optiniam koherentiniam vaizdavimui. Superspinduliuojantis šviesos šaltinis yra panašus į didelio stiprumo skaidulinį lazerį.