Оптические усилители на основе эффекта вынужденного комбинированного рассеивания (рамановские усилители)

В световоде с низкими потерями длина взаимодействия может составить более 1 км, что снижает требования по мощности накачки и коэффициенту усиления.

Величина коэффициента g зависит от присадок к стекловолокну таких, как бор, германий, фосфор. Для волокна на основе двуокиси кремния SiO2 величина коэффициента g при накачке 1,55 мкм представлена зависимостью на рисунке 2.

Рис. 2. Зависимость коэффициента усиления от сдвига частоты при λ=1,55 мкм в кремниевом волокне.

Из графика видно, что по уровню уменьшения усиления в два раза полоса частот усиления может быть около 5 ТГц при неравномерной характеристике усиления.

Усиление зависит и от длины волокна и от величины поглощения мощности в материале волокна:

,

где l - действительная длина, α - затухание волокна (дБ/км), - эффективная длина взаимодействия волн накачки и сигнала. На длинных линиях (десятки км) можно считать, что

.

Величина мощности Рн рассматривается усредненной за интервал времени передачи импульсного сигнала. Величина усиления не зависит от поляризации усиливаемого сигнала.

Реальные величины коэффициентов усиления рамановских усилителей могут принимать значения от 3…5 дБ до 20…35 дБ в зависимости от примесного состава стекловолокна и мощности накачки. Ниже приведена спектральная диаграмма при среднем значении коэффициента усиления со ступенчатой регулировкой > 11дБ (рис 3).

Рис. 3. Спектральная диаграмма при среднем значении коэффициента усиления со ступенчатой регулировкой > 11дБ

По диаграмме можно видеть, что усиление происходит в широком спектре частот.

Необходимо отметить, что в практике возможно использование каскадного включения эрбиевого и рамановского усилителей с дополнительным фильтром-выравнивателем характеристики усиления в полосе до 100 нм. Такое включение существенно уменьшает величину шума усиленной спонтанной эмиссии ASE.

Характерной особенностью нелинейного оптического усилителя Рамана является образование спектральных компонентов. В частности разностная частота между частотами сигнала и накачки называется стоксовой компонентой.

Усилитель Рамана может быть использован для увеличения скорости передачи существующих линий с 2.5 Гбит/с до 40 Гбит/с. Широкополосность усилителя превышает 5 ТГц и полоса усиления может смещаться в зависимости от выбора оптической частоты накачки. Пример конструктивного исполнения модуля накачки усилителя Рамана приведен на рисунке 4.

Рис. 4. Конструктив модуля накачки рамановского ВОУ

Схема оптических и электрических цепей модуля рамановского ВОУ представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Структура схемы накачки рамановского усилителя

Для дальнейшего усовершенствования Рамановского усилителя одним из перспективных методов считается мониторинг и управление мощности и температуры источника накачки, для гарантирования стабильной работы Рамановского усилителя и расширения полосы усиления.

Рамановский усилитель в основном состоит из источника накачки, системы охлаждения и пассивных WDM устройств. Так как активной средой усиления является обычное нелегированное волокно, структура Рамановского усилителя намного проще, чем у других усилителей.

Статья в тему

Структурная схема автогенератора
усилитель транзистор ответвитель автогенератор Основными характеристиками АГ являются: частота генерируемых колебаний, выходная мощность, КПД, долговременная стабильность частоты, уровень фазовых шумов выходного сигнала. Основными отличиями СВЧ АГ от низкочастотных являются: - при ...