Талшықты-оптикалық күшейткіш

Талшықты-оптикалық күшейткіш - күшейту ортасы ретінде оптикалық талшықты пайдаланатын оптикалық күшейткіштің бір түрі. Әдетте, күшейту ортасы сирек жер иондарымен легирленген талшық болып табылады, мысалы, эрбий (EDFA, Эрбиум-қоспаланған талшық күшейткіш), неодим, иттербий (YDFA), празеодим және тулий. Бұл белсенді қоспалар лазердің жарығымен айдалады (энергиямен қамтамасыз етіледі), мысалы, талшықты біріктірілген диодты лазер; көп жағдайда сорғы жарығы мен күшейтілген сигнал шамы талшық өзегінде бір уақытта жүреді. Әдеттегі талшықты лазер - бұл Raman күшейткіші (төмендегі суретті қараңыз).

1-сурет: а-ның схемалық диаграммасықарапайым эрбий қосылған талшықты күшейткіш. Екі лазерлік диод (LD) шамамен 1550 нм толқын ұзындығында жарықты күшейте алатын эрбий қосылған талшықты сорғы энергиясын қамтамасыз етеді. Екі ат құйрығы стиліндегі Фарадей изоляторы кері шағылысқан жарықты оқшаулайды, осылайша оның құрылғыға әсерін жояды.
Бастапқыда талшықты күшейткіштер негізінен қалааралық талшықты-оптикалық байланыс үшін пайдаланылды, онда сигнал жарығы мезгіл-мезгіл күшейтілуі керек. Әдеттегі жағдай - эрбий қосылған талшықты лазерді пайдалану және 1500 нм спектрлік аймақтағы сигнал шамының қуаты орташа. Кейіннен талшықты күшейткіштер басқа маңызды салаларда қолданылды. Лазерлік материалдарды өңдеу үшін жоғары қуатты талшықты күшейткіштер қолданылады. Бұл күшейткіш әдетте иттербий қосылған қос қапталған талшықты пайдаланады және сигналдық жарықтың спектрлік аймағы 1030-1100 нм. Шығу оптикалық қуаты бірнеше киловаттқа жетуі мүмкін.
Кішкентай режим ауданы мен ұзын талшық ұзындығына байланысты орташа қуатты сорғы жарығы әсерінен ондаған дБ жоғары күшейту алуға болады, яғни жоғары күшейту тиімділігін (әсіресе төмен қуат үшін) алуға болады. . құрылғы). Максималды пайда әдетте ASE арқылы шектеледі. Талшықтың үлкен беттік-көлемдік қатынасы және тұрақты бір режимді беріліс бар, сондықтан жақсы шығу қуатына қол жеткізуге болады, ал шығыс жарығы дифракциямен шектелген сәуле болып табылады, әсіресе екі қабатты талшықтарды пайдаланған кезде. Дегенмен, жоғары қуатты талшықты күшейткіштер әдетте соңғы кезеңде өте жоғары күшейтуге ие емес, ішінара қуат тиімділігі факторларына байланысты; күшейткіш тізбегі қажет болады, осылайша алдын ала күшейткіш күшейтудің көп бөлігін қамтамасыз етеді және соңғы саты жоғары қуат шығысын береді.
Талшықты күшейткіштердің күшейту қанықтылығы жартылай өткізгішті оптикалық күшейткіштерден (SOA) айтарлықтай ерекшеленеді. Өтпелі қиманың кішігірім және жоғары қанықтыру энергиясына байланысты ол әдетте эрбий қосылған байланыс талшықтары бар күшейткіштерде бірнеше ондаған мДж-ға, ал иттербий қосылған күшейткіштерде үлкен режим аймақтары бар жүздеген мДж-ға жетуі мүмкін. Сондықтан талшықты күшейткіште көп энергияны (кейде бірнеше мДж) сақтауға болады, содан кейін қысқа импульспен шығарылады. Шығу импульсінің энергиясы қанығу энергиясынан жоғары болғанда ғана қанығудан туындаған импульстің бұрмалануы елеулі болады. Режимді құлыпталған лазермен өндірілген лазерді күшейтсеңіз, қанықтыру күшеюі CW лазерін бірдей қуатта күшейтумен бірдей болады.
Бұл қанықтылық сипаттамалары талшықты-оптикалық байланыстар үшін өте маңызды, себебі жартылай өткізгішті оптикалық күшейткіштерде пайда болатын кез келген таңбааралық айқаспалы байланыс болдырмайды.
Талшықты күшейткіштер әдетте күшті қанықтыру аймағында жұмыс істейді. Осылайша, максималды шығысты алуға болады және сорғы жарығындағы шамалы өзгерістердің сигнал шығысының оптикалық қуатына әсері азаяды.
Максималды күшейту әдетте сорғының оптикалық қуатына емес, күшейтілген өздігінен шығарылатын эмиссияға байланысты. Ол күшейту 40дБ-ден асқанда көрінеді. Жоғары күшейткіштер сонымен қатар паразиттік лазерлік тербелістерді тудыруы және тіпті талшықты зақымдауы мүмкін паразиттік шағылысуларды жоюы керек, сондықтан әдетте кіріс пен шығыста оптикалық оқшаулағыштар қосылады.
ASE күшейткіш шуының өнімділігінің негізгі шегін қамтамасыз етеді. Шығыны аз төрт деңгейлі күшейткіштерде артық шу теориялық шекке жетуі мүмкін, яғни жоғары күшейту кезінде шу көрсеткіші 3дБ құрайды, бұл әдеттегі жоғалтулы квази-үш деңгейлі күшейту ортасындағы шудан үлкен. ASE және артық шу әдетте кері айдалатын лазерлерде үлкенірек.
Сорғы жарық көзі де аздап шу шығарады. Бұл шулар күшейтуге және сигналдың шығыс қуатына тікелей әсер етеді, бірақ шу жиілігі жоғарғы энергия күйінің қызмет ету уақытының кері шамасынан әлдеқайда үлкен болғанда ешқандай әсер етпейді. (Лазерлі-белсенді иондар жоғары жиілікті қуат ауытқуларының әсерін төмендететін энергияны сақтауға ұқсас.) Сорғы қуатының өзгеруі температураның өзгеруіне де себеп болады, содан кейін олар фазалық қателерге айналады.
ASE өзі оптикалық когерентті бейнелеуде қажет уақытша когеренттілігі төмен суперрадианттық жарық көзі ретінде пайдаланылуы мүмкін. Жоғары сәулелену көзі жоғары күшейтілген талшықты лазерге ұқсас.