Оптический усилитель

Оптические усилители используются для создания лазерных направляющих звезд, которые обеспечивают обратную связь с адаптивными системами управления оптикой, которые динамически регулируют форму зеркал в крупнейших астрономических телескопах . ^[1]

Оптический усилитель представляет собой устройство , которое усиливает в оптический сигнал непосредственно, без необходимости сначала преобразовать его в электрический сигнал. Оптический усилитель можно рассматривать как лазер без оптического резонатора или как тот, в котором обратная связь с резонатором подавлена. Оптические усилители играют важную роль в оптической связи и лазерной физике . Они используются в качестве оптических повторителей в длинных оптоволоконных кабелях, по которым проходит большая часть мировых телекоммуникационных линий.

Существует несколько различных физических механизмов, которые можно использовать для усиления светового сигнала, которые соответствуют основным типам оптических усилителей. В усилителях с легированным волокном и объемных лазерах стимулированное излучение в усиливающей среде усилителя вызывает усиление падающего света. В полупроводниковых оптических усилителей (СОА), электронно - дырка рекомбинации происходит. В рамановских усилителях , комбинационное рассеяние света входящего света с фононами в решетке усиливающей среды создает фотоны когерентный с входящими фотонами. В параметрических усилителях используется параметрическое усиление.

Лазерные усилители [ править ]

Практически любую активную среду усиления лазера можно накачать для получения усиления света на длине волны лазера, изготовленного из того же материала, что и среда усиления. Такие усилители обычно используются для создания высокомощных лазерных систем. Для усиления ультракоротких импульсов используются специальные типы, такие как регенеративные усилители и усилители чирпированных импульсов .

Твердотельные усилители [ править ]

Твердотельные усилители - это оптические усилители, в которых используется широкий спектр легированных твердотельных материалов ( Nd: YAG , Yb: YAG, Ti: Sa ) и различной геометрии (диск, пластина, стержень) для усиления оптических сигналов. Разнообразие материалов позволяет усиливать волны различной длины, в то время как форма среды позволяет различать более подходящие для масштабирования энергии средней мощности. ^[2] Помимо использования в фундаментальных исследованиях от обнаружения гравитационных волн ^[3] до физики высоких энергий в Национальном центре зажигания, их также можно найти во многих современных ультракоротких импульсных лазерах . ^{[ необходима цитата]}

Усилители из легированного волокна [ править ]

Усилители на легированном волокне (DFA) - это оптические усилители, в которых используется легированное оптическое волокно в качестве усиливающей среды для усиления оптического сигнала. ^[4] Они относятся к волоконным лазерам . Усиливаемый сигнал и лазер накачки мультиплексируются в легированное волокно, а сигнал усиливается за счет взаимодействия с легирующими ионами .

Усиление достигается за счет вынужденного испускания фотонов ионов легирующей примеси в легированном волокне. Лазер накачки возбуждает ионы с более высокой энергией, откуда они могут распадаться посредством вынужденного излучения фотона на длине волны сигнала обратно на более низкий энергетический уровень. Возбужденные ионы также могут распадаться самопроизвольно (спонтанное излучение) или даже в результате безызлучательных процессов, связанных с взаимодействием с фононами стеклянной матрицы. Эти последние два механизма распада конкурируют со стимулированным излучением, снижая эффективность усиления света.

Окно усиления оптического усилителя - это диапазон длин оптических волн, для которых усилитель дает полезный коэффициент усиления. Окно усиления определяется спектроскопическими свойствами ионов легирующей примеси, стеклянной структурой оптического волокна, а также длиной волны и мощностью лазера накачки.

Хотя электронные переходы изолированного иона очень хорошо определены, расширение энергетических уровней происходит, когда ионы встраиваются в стекло оптического волокна, и, таким образом, окно усиления также расширяется. Это уширение является как однородным (все ионы демонстрируют один и тот же уширенный спектр), так и неоднородным (разные ионы в разных местах стекла демонстрируют разные спектры). Однородное уширение возникает из-за взаимодействия с фононами стекла, в то время как неоднородное уширение вызвано различиями в узлах стекла, в которых размещены разные ионы. Различные узлы подвергают ионы воздействию различных локальных электрических полей, что приводит к сдвигу уровней энергии за счет эффекта Штарка.. Кроме того, эффект Штарка также снимает вырождение энергетических состояний, имеющих одинаковый полный угловой момент (определяемый квантовым числом J). Так, например, трехвалентный ион эрбия (Er ³⁺ ) имеет основное состояние с J = 15/2 и в присутствии электрического поля расщепляется на J + 1/2 = 8 подуровней с немного разными энергиями. Первое возбужденное состояние имеет J = 13/2 и, следовательно, штарковское многообразие с 7 подуровнями. Переходы из возбужденного состояния J = 13/2 в основное состояние J = 15/2 ответственны за усиление на длине волны 1500 нм. Спектр усиления EDFA имеет несколько пиков, которые размыты указанными выше механизмами уширения. Конечный результат - очень широкий спектр (обычно 30 нм в кремнеземе). Широкая полоса усиления волоконных усилителей делает их особенно полезными вСистемы связи с мультиплексированием с разделением по длине волны в качестве единственного усилителя могут использоваться для усиления всех сигналов, передаваемых по оптоволокну и чьи длины волн попадают в окно усиления.

Эрбиевый волноводный усилитель ( EDWA ) представляет собой оптический усилитель , который использует волноводный для увеличения оптического сигнала.

Основной принцип волоконного усилителя, легированного эрбием (EDFA) [ править ]

Относительно мощный луч света смешивается с входным сигналом с помощью селективного элемента связи (WSC). Входной сигнал и возбуждающий свет должны иметь существенно разные длины волн. Смешанный свет направляется в участок волокна с ионами эрбия, включенными в сердцевину. Этот мощный световой луч переводит ионы эрбия в более высокоэнергетическое состояние. Когда фотоны, принадлежащие сигналу на другой длине волны от света накачки, встречаются с возбужденными ионами эрбия, ионы эрбия отдают часть своей энергии сигналу и возвращаются в свое состояние с более низкой энергией. Важным моментом является то, что эрбий отдает свою энергию в виде дополнительных фотонов, которые находятся точно в той же фазе и направлении, что и усиливаемый сигнал. Таким образом, сигнал усиливается только в направлении его движения.В этом нет ничего необычного - когда атом "генерирует", он всегда отдает свою энергию в том же направлении и фазе, что и падающий свет. Таким образом, вся дополнительная мощность сигнала направляется в том же волоконном режиме, что и входящий сигнал. Обычно на выходе размещается изолятор, чтобы предотвратить возврат отражений от присоединенного волокна. Такие отражения нарушают работу усилителя и в крайнем случае могут превратить усилитель в лазер. Усилитель, легированный эрбием, представляет собой усилитель с высоким коэффициентом усиления.Такие отражения нарушают работу усилителя и в крайнем случае могут превратить усилитель в лазер. Усилитель, легированный эрбием, представляет собой усилитель с высоким коэффициентом усиления.Такие отражения нарушают работу усилителя и в крайнем случае могут превратить усилитель в лазер. Усилитель, легированный эрбием, представляет собой усилитель с высоким коэффициентом усиления.

Шум [ править ]

Основным источником шума в DFA является усиленное спонтанное излучение (ASE), спектр которого примерно такой же, как и спектр усиления усилителя. Коэффициент шума в идеальном DFA составляет 3 дБ, в то время как практические усилители могут иметь коэффициент шума до 6–8 дБ.

Электроны на верхнем энергетическом уровне распадаются не только из-за вынужденного излучения, но и из-за спонтанного излучения, которое происходит случайно, в зависимости от структуры стекла и уровня инверсии. Фотоны излучаются спонтанно во всех направлениях, но часть из них будет излучаться в направлении, которое попадает в числовую апертуру волокна, и, таким образом, захватываются и направляются волокном. Эти захваченные фотоны могут затем взаимодействовать с другими ионами легирующей примеси и, таким образом, усиливаться за счет вынужденного излучения. Поэтому первоначальное спонтанное излучение усиливается таким же образом, как и сигналы, отсюда и термин усиленное спонтанное излучение.. Усилитель излучает ASE как в прямом, так и в обратном направлениях, но только прямая ASE имеет прямое отношение к характеристикам системы, поскольку этот шум будет распространяться вместе с сигналом до приемника, где он ухудшает характеристики системы. Однако ASE с встречным распространением может привести к ухудшению характеристик усилителя, поскольку ASE может снизить уровень инверсии и тем самым уменьшить коэффициент усиления усилителя и увеличить производимый шум по сравнению с желаемым коэффициентом усиления сигнала.

Коэффициент шума можно анализировать как в оптической, так и в электрической области. ^[5]В оптической области измерение ASE, усиления оптического сигнала и длины волны сигнала с помощью анализатора оптического спектра позволяет рассчитать коэффициент шума. Для метода электрических измерений обнаруженный шум фототока оценивается с помощью малошумящего анализатора электрического спектра, который наряду с измерением коэффициента усиления усилителя позволяет измерять коэффициент шума. Как правило, оптический метод обеспечивает более простой метод, хотя он не включает эффекты избыточного шума, улавливаемые электрическим методом, такие как генерация шума многолучевых помех (MPI). В обоих методах внимание к таким эффектам, как спонтанное излучение, сопровождающее входной сигнал, имеет решающее значение для точного измерения коэффициента шума.

Увеличить насыщенность [ править ]

Усиление достигается в DFA за счет инверсии населенности ионов легирующей примеси. Уровень инверсии DFA устанавливается, в первую очередь, мощностью длины волны накачки и мощностью на усиленных длинах волн. По мере увеличения мощности сигнала или уменьшения мощности накачки уровень инверсии будет уменьшаться, и, таким образом, коэффициент усиления усилителя будет уменьшаться. Этот эффект известен как насыщение усиления - по мере увеличения уровня сигнала усилитель насыщается и больше не может производить выходную мощность, и, следовательно, коэффициент усиления уменьшается. Насыщенность также широко известна как компрессия усиления.

Для достижения оптимальных шумовых характеристик DFA работают при значительной степени сжатия усиления (обычно 10 дБ), поскольку это снижает скорость спонтанного излучения, тем самым уменьшая ASE. Еще одно преимущество работы DFA в области насыщения усиления состоит в том, что небольшие колебания мощности входного сигнала уменьшаются в выходном усиленном сигнале: меньшие мощности входного сигнала дают больший (менее насыщенный) коэффициент усиления, в то время как большие входные мощности приводят к меньшему усилению.

Передний фронт импульса усиливается до тех пор, пока не будет достигнута энергия насыщения усиливающей среды. В некоторых условиях ширина ( FWHM ) импульса уменьшается. ^[6]

Эффекты неоднородного уширения [ править ]

Из-за неоднородной части уширения ширины линии ионов легирующей примеси спектр усиления имеет неоднородную составляющую, и насыщение усиления происходит, в небольшой степени, неоднородным образом. Этот эффект известен как сжигание спектральных дыр, потому что сигнал высокой мощности на одной длине волны может «прожечь» дыру в усилении для длин волн, близких к этому сигналу, за счет насыщения неоднородно уширенных ионов. Спектральные дыры различаются по ширине в зависимости от характеристик рассматриваемого оптического волокна и мощности горящего сигнала, но обычно составляют менее 1 нм на коротковолновом конце С-диапазона и несколько нм на длинноволновом конце. C-диапазона. Однако глубина отверстий очень мала, что затрудняет наблюдение на практике.

Эффекты поляризации [ править ]

Хотя DFA по существу является поляризационно-независимым усилителем, небольшая часть ионов допанта взаимодействует преимущественно с определенными поляризациями, и может возникнуть небольшая зависимость от поляризации входного сигнала (обычно <0,5 дБ). Это называется усилением, зависящим от поляризации (PDG). Сечения поглощения и испускания ионов можно смоделировать как эллипсоиды с большими осями, выровненными случайным образом во всех направлениях в разных местах стекла. Случайное распределение ориентации эллипсоидов в стекле создает макроскопически изотропную среду, но мощный лазер накачки вызывает анизотропное распределение, избирательно возбуждая те ионы, которые в большей степени совпадают с вектором оптического поля накачки. Кроме того, возбужденные ионы, выровненные по сигнальному полю, производят более вынужденное излучение.Таким образом, изменение коэффициента усиления зависит от совмещения поляризаций лазеров накачки и сигналов, т. Е. От того, взаимодействуют ли два лазера с одним и тем же подмножеством ионов легирующей примеси. В идеальном легированном волокне бездвойное лучепреломление , PDG было бы неудобно большим. К счастью, в оптических волокнах всегда присутствует небольшое количество двойного лучепреломления, и, кроме того, быстрая и медленная оси случайным образом меняются по длине волокна. Типичный DFA имеет несколько десятков метров, достаточной длины, чтобы уже показать эту хаотичность осей двулучепреломления. Эти два комбинированных эффекта (которые в передающих волокнах вызывают дисперсию поляризационных мод ) вызывают рассогласование относительных поляризаций сигнала и лазеров накачки вдоль волокна, что приводит к усреднению PDG. В результате PDG очень трудно наблюдать в одном усилителе (но это заметно в соединениях с несколькими каскадными усилителями).

Волоконно-оптические усилители, легированные эрбием [ править ]

Волоконный усилитель, легированный эрбием (EDFA), является наиболее распространенным волоконным усилителем, поскольку его окно усиления совпадает с третьим окном пропускания оптического волокна на основе диоксида кремния. Ядро кварцевого волокна с примесью трехвалентного эрбия ионы (Er ³⁺ ) и может быть эффективно перекачивают с помощью лазера на или вблизи длины волны 980  нм и 1480 нм, и коэффициент усиления проявляется в области 1550 нм. Область амплификации EDFA варьируется от приложения к приложению и может составлять от нескольких нм до ~ 80 нм. Типичное использование EDFA в телекоммуникациях требует обычных усилителей или усилителей С-диапазона (от ~ 1525 нм до ~ 1565 нм) или длинных, или усилители L-диапазона (от ~ 1565 нм до ~ 1610 нм). Обе эти полосы можно усилить с помощью EDFA, но нормально использовать два разных усилителя, каждый из которых оптимизирован для одной из полос.

Принципиальное различие между усилителями C- и L-диапазонов состоит в том, что в усилителях L-диапазона используется более длинное легированное волокно. Более длинная длина волокна позволяет использовать более низкий уровень инверсии, тем самым давая излучение на более длинных волнах (из-за зонной структуры эрбия в кремнеземе), при этом обеспечивая полезный коэффициент усиления. ^{[ необходима цитата ]}

EDFA имеют две обычно используемые полосы накачки - 980 нм и 1480 нм. Полоса 980 нм имеет более высокое поперечное сечение поглощения и обычно используется там, где требуется низкий уровень шума. Полоса поглощения относительно узкая, поэтому обычно требуются лазерные источники со стабилизированной длиной волны. Полоса 1480 нм имеет меньшее, но более широкое поперечное сечение поглощения и обычно используется для усилителей большей мощности. Комбинация накачки 980 нм и 1480 нм обычно используется в усилителях.

Усиление и генерация в световодах, легированных эрбием, были впервые продемонстрированы в 1986–87 гг. Двумя группами; в один входят Дэвид Н. Пейн , Р. Мирс , И. М. Джонси и Л. Рики из Университета Саутгемптона ^{[7] [8]} и один из лабораторий AT&T Bell, в состав которого входят Э. Десурвир, П. Беккер и Дж. Симпсон. . ^[9] Двухкаскадный оптический усилитель, обеспечивающий мультиплексирование с плотным волновым разделением (DWDM), был изобретен Стивеном Б. Александером из Ciena Corporation. ^{[10] [11]}

Усилители из легированного волокна для других диапазонов длин волн [ править ]

Thulium усилители легированного волокна были использованы в S-диапазоне (1450-1490 нм) и Празеодим легированного усилителей в области 1300 нм. Однако до сих пор в этих регионах не было значительного коммерческого использования, и поэтому эти усилители не подвергались такому развитию, как EDFA. Однако Иттербий легированного волоконных лазеров и усилителей, работающих около 1 микрометров длины волны, имеют много применений в промышленной переработки материалов, так как эти устройства могут быть изготовлены с очень высокой выходной мощности (десятки киловатт).

Полупроводниковый оптический усилитель [ править ]

Полупроводниковые оптические усилители (ПОУ) - это усилители, в которых в качестве усиливающей среды используется полупроводник. ^[12] Эти усилители имеют структуру, аналогичную лазерным диодам Фабри – Перо, но с антиотражающими элементами на торцах. Последние разработки включают в себя антибликовые покрытия, наклонные волноводные и оконные области, которые могут уменьшить отражение от торца до менее 0,001%. Поскольку это приводит к потере мощности в резонаторе, превышающей коэффициент усиления, усилитель не может работать как лазер. Другой тип SOA состоит из двух регионов. Одна часть имеет структуру лазерного диода Фабри-Перо, а другая имеет коническую форму, чтобы уменьшить плотность мощности на выходной грани.

Полупроводниковые оптические усилители обычно изготавливаются из полупроводниковых соединений групп III-V, таких как GaAs / AlGaAs, InP / InGaAs , InP / InGaAsP и InP / InAlGaAs, хотя, вероятно, можно использовать любые полупроводники с прямой запрещенной зоной, такие как II-VI. Такие усилители часто используются в телекоммуникационных системах в виде компонентов с оптоволоконным соединением, работающих на длинах волн сигнала от 850 до 1600 нм и генерирующих усиление до 30 дБ.

Полупроводниковый оптический усилитель имеет небольшие размеры и имеет электрическую накачку. Он может быть потенциально менее дорогим, чем EDFA, и может быть интегрирован с полупроводниковыми лазерами, модуляторами и т. Д. Однако производительность все еще несопоставима с EDFA. SOA имеет более высокий уровень шума, меньшее усиление, умеренную поляризационную зависимость и высокую нелинейность с быстрым переходным временем. Основное преимущество SOA состоит в том, что могут выполняться все четыре типа нелинейных операций (перекрестная модуляция усиления, перекрестная фазовая модуляция, преобразование длины волны и четырехволновое смешение ). Кроме того, SOA может работать с маломощным лазером. ^[13]Это происходит из-за короткого времени жизни верхнего состояния, равного наносекунде или меньше, так что усиление быстро реагирует на изменения мощности накачки или сигнала, а изменения усиления также вызывают фазовые изменения, которые могут искажать сигналы. Эта нелинейность представляет собой наиболее серьезную проблему для приложений оптической связи. Однако он обеспечивает возможность усиления в различных диапазонах длин волн от EDFA. Были разработаны «линейные оптические усилители», использующие методы ограничения усиления.

Высокая оптическая нелинейность делает полупроводниковые усилители привлекательными для любой обработки оптических сигналов, такой как полностью оптическое переключение и преобразование длины волны. Было проведено много исследований полупроводниковых оптических усилителей как элементов обработки оптических сигналов, преобразования длины волны, восстановления тактовой частоты, демультиплексирования сигналов и распознавания образов.

SOA с вертикальным резонатором [ править ]

Недавнее дополнение к семейству SOA - это SOA с вертикальным резонатором (VCSOA). Эти устройства аналогичны по структуре лазерам с поверхностным излучением с вертикальным резонатором ( VCSEL ) и имеют много общих черт с ними . Основное различие при сравнении VCSOA и VCSEL заключается в пониженной отражательной способности зеркал, используемых в резонаторе усилителя. При использовании VCSOA необходима пониженная обратная связь, чтобы устройство не достигло порога генерации. Из-за чрезвычайно малой длины резонатора и, соответственно, тонкой среды усиления эти устройства демонстрируют очень низкое однопроходное усиление (обычно порядка нескольких процентов), а также очень большой свободный спектральный диапазон.(FSR). Небольшое однопроходное усиление требует относительно высокого коэффициента отражения зеркала для увеличения общего усиления сигнала. В дополнение к увеличению общего усиления сигнала, использование структуры резонансной полости приводит к очень узкой полосе усиления; В сочетании с большим FSR оптического резонатора это эффективно ограничивает работу VCSOA одноканальным усилением. Таким образом, VCSOA можно рассматривать как усилительные фильтры.

Учитывая их вертикальную геометрию резонатора, VCSOA представляют собой оптические усилители с резонансным резонатором, которые работают с входным / выходным сигналом, входящим / выходящим перпендикулярно поверхности пластины. В дополнение к их небольшому размеру нормальная работа VCSOA дает ряд преимуществ, включая низкое энергопотребление, низкий коэффициент шума, нечувствительность к поляризации и возможность изготовления двумерных массивов с высоким коэффициентом заполнения на одном полупроводниковом кристалле. . Эти устройства все еще находятся на ранней стадии исследований, хотя были продемонстрированы многообещающие результаты в отношении предусилителей. Дальнейшее расширение технологии VCSOA - демонстрация устройств с перестраиваемой длиной волны. Эти МЭМС-настраиваемые ПОУ с вертикальным резонатором используют микроэлектромеханические системы ( МЭМС) на основе механизма настройки для широкой и непрерывной настройки длины волны пикового коэффициента усиления усилителя. ^[14] SOA имеют более быстрый отклик усиления, который составляет от 1 до 100 пс.

Конические усилители [ править ]

Для получения высокой выходной мощности и более широкого диапазона длин волн используются конические усилители. Эти усилители состоят из боковой одномодовой секции и секции с конической структурой, в которой лазерный свет усиливается. Коническая структура приводит к снижению плотности мощности на выходной грани.

Типичные параметры: ^[15]

• диапазон длин волн: от 633 до 1480 нм
• входная мощность: от 10 до 50 мВт
• выходная мощность: до 3 Вт

Рамановский усилитель [ править ]

В рамановском усилителе сигнал усиливается рамановским усилением . В отличие от EDFA и SOA эффект усиления достигается за счет нелинейного взаимодействия между сигналом и лазером накачки в оптическом волокне. Рамановские усилители бывают двух типов: распределенные и сосредоточенные. В распределенном рамановском усилителе в качестве усиливающей среды используется передающее волокно путем мультиплексирования длины волны накачки с длиной волны сигнала, в то время как в рамановском усилителе с сосредоточенными параметрами используется выделенное волокно меньшей длины для обеспечения усиления. В случае рамановского усилителя с сосредоточенными параметрами используется сильно нелинейное волокно с небольшой сердцевиной для увеличения взаимодействия между длинами волн сигнала и накачки и, таким образом, уменьшения необходимой длины волокна.

Свет накачки может быть введен в передающее волокно в том же направлении, что и сигнал (сонаправленная накачка), в противоположном направлении (противонаправленная накачка) или в обоих направлениях. Противонаправленная накачка более распространена, поскольку передача шума от насоса к сигналу уменьшается.

Мощность накачки, необходимая для рамановского усиления, выше, чем требуется для EDFA, и требуется более 500 мВт для достижения полезных уровней усиления в распределенном усилителе. Усилители с сосредоточенными параметрами, в которых свет накачки может быть надежно ограничен, чтобы избежать последствий для безопасности из-за высоких оптических мощностей, могут использовать более 1 Вт оптической мощности.

Основным преимуществом рамановского усиления является его способность обеспечивать распределенное усиление в передающем волокне, тем самым увеличивая длину промежутков между усилителем и участками регенерации . Ширина полосы усиления рамановских усилителей определяется используемыми длинами волн накачки, поэтому усиление может быть обеспечено в более широких и различных областях, чем это возможно с другими типами усилителей, которые зависят от примесей и конструкции устройства для определения `` окна '' усиления.

Рамановские усилители имеют несколько фундаментальных преимуществ. Во-первых, рамановское усиление присутствует в каждом волокне, что обеспечивает рентабельные средства модернизации с оконечных концов. Во-вторых, усиление нерезонансное, что означает, что усиление доступно во всей области прозрачности волокна в диапазоне приблизительно от 0,3 до 2 мкм. Третье преимущество рамановских усилителей заключается в том, что спектр усиления может быть адаптирован путем настройки длин волн накачки. Например, для увеличения оптической полосы пропускания можно использовать несколько линий накачки, а распределение накачки определяет равномерность усиления. Еще одно преимущество рамановского усиления заключается в том, что это относительно широкополосный усилитель с полосой пропускания> 5 ТГц, а коэффициент усиления достаточно плоский в широком диапазоне длин волн. ^[16]

Однако ряд проблем, связанных с рамановскими усилителями, помешал их более раннему внедрению. Во-первых, по сравнению с EDFA, Рамановские усилители имеют относительно низкую эффективность накачки при более низких мощностях сигнала. Этот недостаток эффективности накачки, хотя и является недостатком, также упрощает фиксацию усиления в рамановских усилителях. Во-вторых, для рамановских усилителей требуется более длинное волокно с усилением. Однако этот недостаток можно уменьшить, комбинируя усиление и компенсацию дисперсии в одном волокне. Третий недостаток рамановских усилителей - это малое время отклика, что приводит к появлению новых источников шума, о чем подробнее говорится ниже. Наконец, есть опасения по поводу нелинейных искажений в усилителе для каналов сигнала WDM. ^[16]

Примечание: текст более ранней версии этой статьи был взят из общественного достояния Федерального стандарта 1037C .

Оптический параметрический усилитель [ править ]

Оптический параметрический усилитель позволяет усиление слабого сигнала-импульса в нелинейной среде , такой как нецентросимметричного нелинейной среде (например , бета - бората бария (ВВО)) или даже стандартного оптического волокна из плавленого кварца , с помощью через эффект Керра . В отличие от ранее упомянутых усилителей, которые в основном используются в телекоммуникационной среде, этот тип находит свое основное применение в расширении возможностей перестройки частоты сверхбыстрых твердотельных лазеров (например, Ti: сапфир ). Используя неколлинеарную геометрию взаимодействия, оптические параметрические усилители могут обеспечивать чрезвычайно широкую полосу усиления.

Недавние достижения [ править ]

Внедрение мощных волоконных лазеров в качестве промышленного инструмента для обработки материалов продолжается уже несколько лет и в настоящее время расширяется на другие рынки, включая медицинские и научные рынки. Одним из ключевых улучшений, позволивших проникнуть на научный рынок, стали усовершенствования в волоконных усилителях с высокой четкостью изображения, которые теперь способны обеспечивать одночастотную ширину линии (<5 кГц) вместе с превосходным качеством луча и стабильным линейно поляризованным выходом. Системы, отвечающие этим спецификациям, за последние несколько лет неуклонно развивались с нескольких ватт выходной мощности, сначала до десятков ватт, а теперь и до уровня мощности в сотни ватт. Такое масштабирование мощности было достигнуто благодаря развитию волоконной технологии, например, внедрению стимулированнойметоды подавления / ослабления бриллюэновского рассеяния (SBS) внутри волокна, наряду с улучшениями в общей конструкции усилителя, включая волокна с большой площадью моды (LMA) с сердцевиной с малой апертурой ^[17], микроструктурированное волокно стержневого типа ^{[18] [ 19]} спиральная сердцевина ^[20] или волокна с хиральной сердцевиной ^[21] и конические волокна с двойной оболочкой (T-DCF). ^[22] Последнее поколение высокоточных, мощных и импульсныхВолоконные усилители теперь обеспечивают уровни мощности, превышающие уровень мощности, доступный от коммерческих твердотельных одночастотных источников, и открывают новые научные приложения в результате более высоких уровней мощности и стабильно оптимизированных характеристик. ^[23]

Реализации [ править ]

Есть несколько инструментов моделирования, которые можно использовать для проектирования оптических усилителей. Популярные коммерческие инструменты были разработаны Optiwave Systems и VPI Systems.

См. Также [ править ]

• Регенеративное усиление
• Нелинейная теория полупроводниковых лазеров

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Обзор имеющихся в продаже полупроводниковых усилителей конической формы
• Обзор имеющихся в продаже полупроводниковых усилителей
• Энциклопедия лазерной физики и техники по волоконным усилителям и рамановским усилителям