Penguat optik di bidang komunikasi serat optik
An penguat optikadalah perangkat yang memperkuat sinyal optik. Dalam bidang komunikasi serat optik, perangkat ini terutama memainkan peran berikut: 1. Meningkatkan dan memperkuat daya optik. Dengan menempatkan penguat optik di ujung depan pemancar optik, daya optik yang masuk ke serat dapat ditingkatkan. 2. Penguatan relai daring, menggantikan Repeater yang ada dalam sistem komunikasi serat optik; 3. Pra-penguatan: Sebelum fotodetektor di ujung penerima, sinyal cahaya lemah diperkuat terlebih dahulu untuk meningkatkan sensitivitas penerimaan.
Saat ini, penguat optik yang diadopsi dalam komunikasi serat optik terutama mencakup jenis-jenis berikut: 1. Penguat optik semikonduktor (Penguat Optik SOA)/Penguat laser semikonduktor (Penguat optik SLA); 2. Penguat serat yang didoping tanah jarang, seperti penguat serat yang didoping umpan (Penguat Optik EDFA), dll. 3. Penguat serat nonlinier, seperti penguat Raman serat, dll. Berikut ini adalah pengantar singkatnya masing-masing.
1. Penguat optik semikonduktor: Dalam kondisi aplikasi yang berbeda dan dengan reflektansi ujung yang berbeda, laser semikonduktor dapat menghasilkan berbagai jenis penguat optik semikonduktor. Jika arus penggerak laser semikonduktor lebih rendah dari ambang batasnya, artinya tidak ada laser yang dihasilkan, pada saat ini, sinyal optik dimasukkan ke salah satu ujung. Selama frekuensi sinyal optik ini berada di dekat pusat spektral laser, sinyal tersebut akan diperkuat dan dikeluarkan dari ujung lainnya. Jenis inipenguat optik semikonduktordisebut penguat optik tipe Fabry-Perrow (FP-SLA). Jika laser dibiaskan di atas ambang batas, sinyal optik mode tunggal yang lemah yang diinput dari salah satu ujung, selama frekuensi sinyal optik ini berada dalam spektrum laser multimode ini, sinyal optik akan diperkuat dan dikunci ke mode tertentu. Penguat optik jenis ini disebut penguat tipe terkunci-injeksi (IL-SLA). Jika kedua ujung laser semikonduktor dilapisi cermin atau diuapkan dengan lapisan film anti-refleksi, sehingga emisivitasnya sangat kecil dan tidak dapat membentuk rongga resonansi Fabry-Perrow, ketika sinyal optik melewati lapisan pandu gelombang aktif, sinyal tersebut akan diperkuat saat bergerak. Oleh karena itu, penguat optik jenis ini disebut penguat optik tipe gelombang berjalan (TW-SLA), dan strukturnya ditunjukkan pada gambar berikut. Karena lebar pita penguat optik tipe gelombang berjalan tiga kali lipat lebih besar daripada penguat tipe Fabry-Perot, dan lebar pita 3dB-nya dapat mencapai 10THz, ia dapat memperkuat sinyal optik dari berbagai frekuensi dan merupakan penguat optik yang sangat menjanjikan.
2. Penguat serat doping umpan: Terdiri dari tiga bagian: Bagian pertama adalah serat doping dengan panjang berkisar antara beberapa meter hingga puluhan meter. Pengotor ini sebagian besar berupa ion tanah jarang, yang membentuk material aktivasi laser; Bagian kedua adalah sumber pompa laser, yang menyediakan energi dengan panjang gelombang yang sesuai untuk mengeksitasi ion tanah jarang terdoping guna mencapai amplifikasi cahaya. Bagian ketiga adalah penggandeng, yang memungkinkan cahaya pompa dan cahaya sinyal untuk berpasangan dengan material aktivasi serat optik terdoping. Prinsip kerja penguat serat sangat mirip dengan laser solid-state. Penguat serat menyebabkan keadaan distribusi nomor partikel terbalik di dalam material yang diaktifkan laser dan menghasilkan radiasi terstimulasi. Untuk menciptakan keadaan distribusi inversi nomor partikel yang stabil, lebih dari dua tingkat energi harus dilibatkan dalam transisi optik, biasanya sistem tiga tingkat dan empat tingkat, dengan pasokan energi berkelanjutan dari sumber pompa. Agar dapat menyediakan energi secara efektif, panjang gelombang foton pompa harus lebih pendek daripada panjang gelombang foton laser, artinya, energi foton pompa harus lebih besar daripada energi foton laser. Lebih lanjut, rongga resonansi membentuk umpan balik positif, sehingga penguat laser dapat terbentuk.
3. Penguat serat nonlinier: Baik penguat serat nonlinier maupun penguat serat erbium termasuk dalam kategori penguat serat. Namun, penguat serat nonlinier memanfaatkan efek nonlinier serat kuarsa, sementara penguat serat erbium menggunakan serat kuarsa terdoping erbium untuk bekerja pada media aktif. Serat optik kuarsa biasa akan menghasilkan efek nonlinier yang kuat di bawah pengaruh cahaya pompa yang kuat dengan panjang gelombang yang sesuai, seperti hamburan Raman terstimulasi (SRS), hamburan Brillouin terstimulasi (SBS), dan efek pencampuran empat gelombang. Ketika sinyal ditransmisikan di sepanjang serat optik bersama cahaya pompa, cahaya sinyal dapat diperkuat. Dengan demikian, mereka membentuk penguat Raman serat (FRA), penguat Brillouin (FBA), dan penguat parametrik, yang semuanya merupakan penguat serat terdistribusi.
Ringkasan: Arah pengembangan umum semua penguat optik adalah penguatan tinggi, daya keluaran tinggi, dan angka derau rendah.
Waktu posting: 08-Mei-2025