ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ Fiber Optical

Fiber Optical Amplifier ແມ່ນປະເພດຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ optical ທີ່ໃຊ້ເສັ້ນໄຍ optical ເປັນຕົວກາງ. ໂດຍປົກກະຕິ, ຂະຫນາດກາງທີ່ໄດ້ຮັບແມ່ນເສັ້ນໄຍ doped ກັບ ions ໂລກທີ່ຫາຍາກ, ເຊັ່ນ erbium (EDFA, Erbium-Doped Fiber Amplifier), neodymium, ytterbium (YDFA), praseodymium ແລະ thulium. ເຫຼົ່ານີ້ dopants ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວແມ່ນ pumped (ສະຫນອງພະລັງງານ) ໂດຍແສງສະຫວ່າງຈາກ laser, ເຊັ່ນ laser diode ຄູ່; ໃນກໍລະນີຫຼາຍທີ່ສຸດ, ແສງປັ໊ມແລະແສງສະຫວ່າງສັນຍານຂະຫຍາຍຈະເດີນທາງພ້ອມໆກັນຢູ່ໃນແກນເສັ້ນໄຍ. ເລເຊີເສັ້ນໄຍປົກກະຕິແມ່ນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ Raman (ເບິ່ງຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້).

ຮູບທີ 1: ແຜນວາດແຜນວາດຂອງ ກເຄື່ອງຂະຫຍາຍເສັ້ນໄຍ erbium-doped ແບບງ່າຍດາຍ. ສອງໄດໂອດເລເຊີ (LDs) ໃຫ້ພະລັງງານປໍ້າໃຫ້ກັບເສັ້ນໄຍ erbium-doped, ເຊິ່ງສາມາດຂະຫຍາຍແສງໄດ້ຢູ່ທີ່ຄວາມຍາວຄື້ນປະມານ 1550 nm. ຕົວແຍກ Faraday ແບບຫາງມ້າສອງຕົວແຍກແສງສະທ້ອນກັບຫຼັງ, ດັ່ງນັ້ນການກໍາຈັດຜົນກະທົບຂອງມັນຢູ່ໃນອຸປະກອນ.
ໃນເບື້ອງຕົ້ນ, ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງໃຍແກ້ວໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນສ່ວນໃຫຍ່ສໍາລັບການສື່ສານທາງໄກໃຍແກ້ວນໍາແສງ, ໃນນັ້ນແສງສະຫວ່າງສັນຍານຕ້ອງໄດ້ຮັບການຂະຫຍາຍເປັນໄລຍະ. ສະຖານະການປົກກະຕິແມ່ນການໃຊ້ເລເຊີເສັ້ນໄຍ erbium-doped, ແລະພະລັງງານຂອງແສງສັນຍານໃນພາກພື້ນ spectral 1500nm ແມ່ນປານກາງ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ເຄື່ອງຂະຫຍາຍເສັ້ນໄຍໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນຂົງເຂດທີ່ສໍາຄັນອື່ນໆ. ເຄື່ອງຂະຫຍາຍເສັ້ນໄຍພະລັງງານສູງຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການປຸງແຕ່ງວັດສະດຸເລເຊີ. ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງນີ້ປົກກະຕິແລ້ວໃຊ້ ytterbium-doped ເສັ້ນໄຍ double-clad, ແລະພາກພື້ນ spectral ຂອງແສງສັນຍານແມ່ນ 1030-1100nm. ພະລັງງານ optical ຜົນຜະລິດສາມາດບັນລຸຫຼາຍກິໂລວັດ.
ເນື່ອງຈາກພື້ນທີ່ຮູບແບບຂະຫນາດນ້ອຍແລະຄວາມຍາວຂອງເສັ້ນໄຍຍາວ, ການໄດ້ຮັບສູງຫຼາຍສິບ dB ສາມາດໄດ້ຮັບພາຍໃຕ້ການປະຕິບັດຂອງປັ໊ມໄຟຂອງພະລັງງານຂະຫນາດກາງ, ນັ້ນແມ່ນ, ປະສິດທິພາບສູງ (ໂດຍສະເພາະສໍາລັບພະລັງງານຕ່ໍາ) ສາມາດໄດ້ຮັບ. . ອຸ​ປະ​ກອນ). ອັດຕາກຳໄລສູງສຸດແມ່ນຖືກຈຳກັດໂດຍ ASE. ເສັ້ນໄຍມີອັດຕາສ່ວນຫນ້າດິນຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະລະບົບສາຍສົ່ງແບບດຽວທີ່ຫມັ້ນຄົງ, ດັ່ງນັ້ນພະລັງງານຜົນຜະລິດທີ່ດີສາມາດບັນລຸໄດ້, ແລະແສງສະຫວ່າງຜົນຜະລິດແມ່ນ beam ຈໍາກັດ disfraction, ໂດຍສະເພາະໃນເວລາທີ່ນໍາໃຊ້ເສັ້ນໄຍ double-clad. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໄຟເສັ້ນໄຍພະລັງງານສູງໂດຍປົກກະຕິບໍ່ມີການເພີ່ມສູງຫຼາຍໃນຂັ້ນຕອນສຸດທ້າຍ, ໃນບາງສ່ວນເນື່ອງຈາກປັດໃຈປະສິດທິພາບພະລັງງານ; ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ລະບົບຕ່ອງໂສ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງແມ່ນຕ້ອງການເພື່ອໃຫ້ preamp ສະຫນອງຜົນປະໂຫຍດສ່ວນໃຫຍ່ແລະຂັ້ນຕອນສຸດທ້າຍໃຫ້ຜົນຜະລິດພະລັງງານສູງ.
ການອີ່ມຕົວຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງໃຍແມ່ນຂ້ອນຂ້າງແຕກຕ່າງຈາກເຄື່ອງຂະຫຍາຍແສງ semiconductor optical (SOAs). ເນື່ອງຈາກພາກສ່ວນຂ້າມການປ່ຽນແປງຂະຫນາດນ້ອຍແລະພະລັງງານຄວາມອີ່ມຕົວສູງ, ມັນມັກຈະສາມາດບັນລຸຫຼາຍສິບ mJ ໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໄຟເບີການສື່ສານ erbium-doped, ແລະຫຼາຍຮ້ອຍ mJ ໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ytterbium-doped ກັບພື້ນທີ່ຮູບແບບຂະຫນາດໃຫຍ່. ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານຫຼາຍ (ບາງຄັ້ງຫຼາຍ mJ) ສາມາດຖືກເກັບໄວ້ໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍເສັ້ນໄຍແລະຫຼັງຈາກນັ້ນສະກັດໂດຍກໍາມະຈອນສັ້ນ. ພຽງແຕ່ໃນເວລາທີ່ພະລັງງານກໍາມະຈອນຜົນຜະລິດແມ່ນສູງກວ່າພະລັງງານການອີ່ມຕົວ, ການບິດເບືອນຂອງກໍາມະຈອນທີ່ເກີດຈາກການອີ່ມຕົວແມ່ນຮ້າຍແຮງ. ຖ້າທ່ານຂະຫຍາຍເລເຊີທີ່ຜະລິດໂດຍເລເຊີແບບລັອກໂໝດ, ການເພີ່ມຄວາມອີ່ມຕົວແມ່ນຄືກັນກັບການຂະຫຍາຍເລເຊີ CW ດ້ວຍພະລັງງານດຽວກັນ.
ຄຸນລັກສະນະການອີ່ມຕົວເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍສໍາລັບການສື່ສານໃຍແກ້ວນໍາແສງເນື່ອງຈາກວ່າ intersymbol crosstalk ໃດ, ທີ່ເກີດຂື້ນໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍແສງ semiconductor, ແມ່ນຫຼີກເວັ້ນ.
ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໄຟເບີປົກກະຕິແລ້ວເຮັດວຽກຢູ່ໃນພາກພື້ນການອີ່ມຕົວທີ່ເຂັ້ມແຂງ. ດ້ວຍວິທີນີ້, ຜົນຜະລິດສູງສຸດສາມາດໄດ້ຮັບ, ແລະຜົນກະທົບຂອງການປ່ຽນແປງເລັກນ້ອຍຂອງໄຟປັ໊ມກ່ຽວກັບພະລັງງານ optical ຜົນຜະລິດສັນຍານຈະຫຼຸດລົງ.
ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງສູງສຸດປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນຂຶ້ນກັບການປ່ອຍອາຍພິດ spontaneous ຂະຫຍາຍ, ບໍ່ແມ່ນພະລັງງານ optical pump. ມັນສະແດງຕົວຂອງມັນເອງເມື່ອໄດ້ຮັບເກີນ 40dB. ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງທີ່ມີລາຍໄດ້ສູງຍັງຕ້ອງການກໍາຈັດການສະທ້ອນຂອງແມ່ກາຝາກ, ເຊິ່ງສາມາດສ້າງການສັ່ນສະເທືອນເລເຊີຂອງແມ່ກາຝາກແລະແມ້ກະທັ້ງທໍາລາຍເສັ້ນໄຍ, ດັ່ງນັ້ນປົກກະຕິແລ້ວ optical isolators ຈະຖືກເພີ່ມເຂົ້າໃນວັດສະດຸປ້ອນແລະຜົນຜະລິດ.
ASE ສະຫນອງຂໍ້ຈໍາກັດພື້ນຖານກ່ຽວກັບການປະຕິບັດສຽງຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ. ໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ 4 ລະດັບທີ່ສູນເສຍຕ່ໍາ, ສິ່ງລົບກວນເກີນສາມາດບັນລຸຂອບເຂດຈໍາກັດທາງທິດສະດີ, ນັ້ນແມ່ນ, ຕົວເລກຂອງສິ່ງລົບກວນແມ່ນ 3dB ໃນລະດັບສູງ, ເຊິ່ງໃຫຍ່ກວ່າສິ່ງລົບກວນໃນຂະຫນາດກາງຂອງການສູນເສຍເຄິ່ງສາມລະດັບປົກກະຕິ. ASE ແລະສິ່ງລົບກວນເກີນແມ່ນໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວໃຫຍ່ກວ່າໃນເລເຊີທີ່ສູບຢູ່ດ້ານຫຼັງ.
ແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ pump ຍັງແນະນໍາບາງສິ່ງລົບກວນ. ສິ່ງລົບກວນເຫຼົ່ານີ້ສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ການຮັບ ແລະສົ່ງສັນຍານໂດຍກົງ, ແຕ່ບໍ່ມີຜົນຕໍ່ເມື່ອຄວາມຖີ່ຂອງສິ່ງລົບກວນມີຂະໜາດໃຫຍ່ກວ່າການປີ້ນກັບຂອງພະລັງງານດ້ານເທິງຕະຫຼອດຊີວິດ. (Laser-active ions ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບການເກັບຮັກສາພະລັງງານ, ການຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບຂອງການເຫນັງຕີງຂອງພະລັງງານຄວາມຖີ່ສູງ).
ASE ຕົວຂອງມັນເອງສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເປັນແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ superradiant ທີ່ມີຄວາມສອດຄ່ອງທາງເວລາຕ່ໍາ, ເຊິ່ງເປັນສິ່ງຈໍາເປັນໃນຮູບພາບທີ່ສອດຄ່ອງກັນ optical. ແຫຼ່ງແສງ superradiant ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບເລເຊີເສັ້ນໄຍທີ່ໄດ້ຮັບສູງ.