Фибер Оптицал Амплифиер

Фибер Оптицал Амплифиер је врста оптичког појачала који користи оптичко влакно као медиј за појачање. Типично, медијум за појачање је влакнима допирана јонима ретких земаља, као што су ербијум (ЕДФА, Ербиум-Допед Фибер Амплифиер), неодимијум, итербијум (ИДФА), празеодимијум и тулијум. Ове активне допанте се пумпају (обезбеђују енергијом) светлошћу ласера, као што је диодни ласер са спрегнутим влакнима; у већини случајева, светло пумпе и појачано сигнално светло путују истовремено у језгру влакна. Типичан ласер са влакнима је Раманово појачало (погледајте слику испод).

Слика 1: Шематски дијаграм аједноставно појачало са влакнима допираним ербијумом. Две ласерске диоде (ЛД) обезбеђују енергију пумпе за влакно допирано ербијумом, које може појачати светлост на таласним дужинама око 1550 нм. Два Фарадејева изолатора у стилу коњског репа изолују светло рефлектовано позади, чиме се елиминише његов утицај на уређај.
У почетку су се појачивачи са влакнима углавном користили за оптичку комуникацију на даљину, у којој је сигнално светло требало периодично појачавати. Типична ситуација је употреба влакнастог ласера ​​допираног ербијумом, а снага сигналне светлости у спектралном подручју од 1500 нм је умерена. Након тога, влакнасти појачивачи су коришћени у другим важним областима. За ласерску обраду материјала користе се појачивачи влакана велике снаге. Ово појачало обично користи двоструко обложено влакно допирано итербијумом, а спектрални регион сигналне светлости је 1030-1100 нм. Излазна оптичка снага може достићи неколико киловата.
Због мале површине мода и дуге дужине влакна, може се постићи високо појачање од десетина дБ под дејством светлости пумпе средње снаге, односно висока ефикасност појачања (посебно за мале снаге) . уређај). Максимални добитак је обично ограничен АСЕ. Влакно има велики однос површине и запремине и стабилан пренос у једном моду, тако да се може постићи добра излазна снага, а излазно светло је сноп ограничен дифракцијом, посебно када се користе двоструко обложена влакна. Међутим, појачивачи са влакнима велике снаге обично немају веома велико појачање у последњој фази, делом због фактора енергетске ефикасности; тада је потребан ланац појачала тако да претпојачало обезбеђује већину појачања, а последња фаза даје велику излазну снагу.
Засићење појачала са влакнима је прилично другачије од засићења полупроводничких оптичких појачала (СОА). Због малог прелазног пресека и високе енергије засићења, обично може да достигне неколико десетина мЈ у појачивачима комуникационих влакана допираних ербијумом, и стотине мЈ у појачавачима допираним итербијумом са великим површинама мода. Због тога се много енергије (понекад неколико мЈ) може ускладиштити у појачивачу са влакнима, а затим извући кратким импулсом. Само када је енергија излазног импулса већа од енергије засићења, изобличење импулса узроковано засићењем је озбиљно. Ако појачате ласер произведен ласером са закључаним модом, добитак засићења је исти као појачавање ЦВ ласера ​​при истој снази.
Ове карактеристике засићења су веома важне за комуникације оптичким влакнима јер се избегавају било какве међусимболске унакрсне сметње, које се јављају у полупроводничким оптичким појачавачима.
Појачала са влакнима обично раде у региону јаког засићења. На овај начин се може постићи максимални излаз, а ефекат благих промена светла пумпе на оптичку снагу излазног сигнала ће бити смањен.
Максимално појачање обично зависи од појачане спонтане емисије, а не од оптичке снаге пумпе. Појављује се када појачање пређе 40 дБ. Појачала са високим појачањем такође треба да елиминишу паразитске рефлексије, које могу генерисати паразитске ласерске осцилације и чак оштетити влакно, тако да се оптички изолатори обично додају на улаз и излаз.
АСЕ пружа основно ограничење перформанси шума појачала. У четворостепеним појачавачима са малим губицима, вишак шума може да достигне теоријску границу, односно цифра шума је 3дБ при високом појачању, што је веће од шума у ​​уобичајеном квази-тростепеном медијуму појачања са губицима. АСЕ и вишак буке су генерално већи код ласера ​​са повратном пумпом.
Извор светлости пумпе такође уноси неку буку. Ови шумови директно утичу на појачање и излазну снагу сигнала, али немају ефекта када је фреквенција шума много већа од инверзне вредности животног века горњег енергетског стања. (Ласерски активни јони су слични складиштењу енергије, смањујући ефекте високофреквентних флуктуација снаге.) Промене у снази пумпе такође изазивају температурне промене, које се затим претварају у фазне грешке.
Сам АСЕ се може користити као суперрадијантни извор светлости са ниском временском кохеренцијом, што је потребно за оптичко кохерентно снимање. Суперрадијантни извор светлости је сличан ласеру са влакнима високог појачања.