Zuntz optikoko anplifikadorea

Fiber Optical Amplifier anplifikadore optiko mota bat da, zuntz optikoa irabazi-medio gisa erabiltzen duena. Normalean, irabazi-medioa lur arraroen ioiekin dopatutako zuntzekin izaten da, hala nola, erbioa (EDFA, Erbioz Doped Fiber Amplifier), neodimioa, iterbioa (YDFA), praseodimioa eta tulioa. Dopante aktibo hauek laser baten argiaren bidez ponpatzen dira (energiaz hornituta), adibidez zuntzekin akoplatutako diodoen laser batek; kasu gehienetan, ponpa-argia eta anplifikatutako seinale-argia aldi berean bidaiatzen dute zuntz-nukleoan. Zuntzezko laser tipikoa Raman anplifikadorea da (ikus beheko irudia).

1. irudia: a-ren eskemaErbioz dopatutako zuntz-anplifikagailu sinplea. Bi laser diodok (LD) ponpa-energia ematen diote erbioz dopatutako zuntzari, argia 1550 nm inguruko uhin-luzeretan anplifikatzeko. Zaldi-buztan estiloko Faraday isolatzailek atzealdeko islatutako argia isolatzen dute, horrela gailuan duen eragina ezabatuz.
Hasieran, zuntz anplifikadoreak distantzia luzeko zuntz optikoko komunikaziorako erabiltzen ziren batez ere, zeinetan seinale-argia aldian-aldian anplifikatu behar baita. Egoera tipiko bat erbioz dopatutako zuntz laser bat erabiltzea da, eta seinale-argiaren potentzia 1500nm-ko eskualde espektralean moderatua da. Ondoren, zuntz anplifikadoreak beste alor garrantzitsu batzuetan erabili ziren. Potentzia handiko zuntz anplifikadoreak laser materiala prozesatzeko erabiltzen dira. Anplifikadore honek itterbioz dopatutako zuntz bikoitza erabiltzen du normalean, eta seinale-argiaren eskualde espektrala 1030-1100nm-koa da. Irteerako potentzia optikoa hainbat kilowatt irits daiteke.
Eremu txikiaren eta zuntz luzearen luzera dela eta, hamarnaka dB-ko irabazi handia lor daiteke potentzia ertaineko ponpa-argiaren eraginez, hau da, irabazi-eraginkortasun handia lor daiteke (batez ere potentzia baxurako). . gailua). Gehienezko irabazia normalean ASEk mugatzen du. Zuntzak gainazal-bolumen erlazio handia eta modu bakarreko transmisio egonkorra du, beraz, irteerako potentzia ona lor daiteke eta irteerako argia difrakzio-mugatutako izpi bat da, batez ere estali bikoitzeko zuntzak erabiltzen direnean. Hala ere, potentzia handiko zuntz anplifikadoreek normalean ez dute irabazi oso handia izaten azken etapan, neurri batean potentzia-eraginkortasun faktoreengatik; orduan anplifikadore-kate bat behar da, aurreanplifiak irabaziaren gehiengoa eman dezan eta azken etapak potentzia handiko irteera eman dezan.
Zuntz-anplifikadoreen irabazien saturazioa anplifikadore optiko erdieroaleen (SOA) baino nahiko desberdina da. Trantsizio-sekzio txikia eta saturazio-energia handia direla eta, normalean, erbioz dopatutako komunikazio-zuntz-anplifikagailuetan zenbait hamarnaka mJra irits daiteke, eta ehunka mJ-ra iterbioz dopatutako anplifikagailuetan modu eremu handiak dituztenetan. Horregatik, energia asko (batzuetan hainbat mJ) gorde daiteke zuntz-anplifikagailuan eta gero pultsu labur baten bidez atera. Irteerako pultsu-energia saturazio-energia baino handiagoa denean soilik, saturazioak eragindako pultsu-distortsioa larria da. Modu-blokeatutako laser batek sortutako laserra anplifikatzen baduzu, saturazio-irabazia CW laser bat potentzia berean anplifikatzearen berdina da.
Saturazio-ezaugarri hauek oso garrantzitsuak dira zuntz optikoko komunikazioetarako, anplifikadore optiko erdieroaleetan gertatzen den edozein sinboloen arteko diafonia ekiditen delako.
Zuntz anplifikadoreek normalean saturazio-eskualde indartsuan lan egiten dute. Modu honetan, irteera maximoa lor daiteke, eta ponpa-argiaren aldaketa txikiek seinalearen irteerako potentzia optikoaren eragina murriztuko da.
Gehieneko irabazia normalean anplifikatutako igorpen espontaneoaren araberakoa da, ez ponparen potentzia optikoaren araberakoa. Irabaziak 40 dB gainditzen dituenean agertzen da. Irabazi handiko anplifikadoreek isla parasitoak ere ezabatu behar dituzte, laser oszilazio parasitoak sor ditzakete eta zuntza kaltetu ere bai, beraz, isolatzaile optikoak gehitzen dira normalean sarreran eta irteeran.
ASE-k anplifikadorearen zarataren errendimenduaren oinarrizko muga eskaintzen du. Galera baxuko lau mailako anplifikadoreetan, gehiegizko zarata muga teorikora irits daiteke, hau da, zarata-zifra 3dB-koa da irabazi handian, hau da, ohiko galera ia-hiru mailako irabazi ertaineko zarata baino handiagoa. ASE eta gehiegizko zarata, oro har, handiagoak dira atzerako ponpatutako laserretan.
Ponpa argi iturriak zarata bat ere sartzen du. Zarata hauek zuzenean eragiten dute irabazian eta seinalearen irteerako potentzian, baina ez dute eraginik zarata-maiztasuna goiko energia-egoeraren bizitzaren alderantzizkoa baino askoz handiagoa denean. (Laser aktiboak ioiak energia biltegiratzearen antzekoak dira, maiztasun handiko potentziaren gorabeheren ondorioak murrizten dituzte.) Ponparen potentziaren aldaketek tenperatura-aldaketak ere eragiten dituzte, eta, ondoren, fase akatsak bihurtzen dira.
ASE bera koherentzia tenporal baxuko argi-iturri superradiant gisa erabil daiteke, irudi koherente optikoetan beharrezkoa dena. Argi-iturri superradiant bat irabazi handiko zuntz laser baten antzekoa da.