Amplificateurs optiques dans le domaine de la communication par fibre optique
An amplificateur optiqueIl s'agit d'un dispositif d'amplification des signaux optiques. Dans le domaine des communications par fibre optique, il joue principalement les rôles suivants : 1. Amélioration et amplification de la puissance optique. En plaçant l'amplificateur optique en amont de l'émetteur optique, la puissance optique entrant dans la fibre peut être augmentée. 2. Amplification par relais en ligne, remplaçant les répéteurs existants dans les systèmes de communication par fibre optique. 3. Préamplification : en amont du photodétecteur à la réception, le signal lumineux faible est préamplifié pour améliorer la sensibilité de réception.
À l'heure actuelle, les amplificateurs optiques adoptés dans la communication par fibre optique comprennent principalement les types suivants : 1. Amplificateur optique à semi-conducteur (Amplificateur optique SOA)/Amplificateur laser à semi-conducteur (amplificateur optique SLA) ; 2. Amplificateurs à fibre dopée aux terres rares, tels que les amplificateurs à fibre dopée aux appâts (Amplificateur optique EDFA), etc. 3. Amplificateurs à fibre non linéaires, tels que les amplificateurs Raman à fibre, etc. Ce qui suit est une brève introduction respectivement.
1. Amplificateurs optiques à semi-conducteurs : Dans différentes conditions d'application et avec différentes réflectances de face, les lasers à semi-conducteurs peuvent produire différents types d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs. Si le courant d'attaque du laser à semi-conducteur est inférieur à son seuil, c'est-à-dire qu'aucun laser n'est généré, un signal optique est alors reçu à une extrémité. Tant que la fréquence de ce signal optique est proche du centre spectral du laser, il est amplifié et émis à l'autre extrémité. Ce type deamplificateur optique à semi-conducteurOn parle d'amplificateur optique de type Fabry-Perrow (FP-SLA). Si le laser est polarisé au-delà du seuil, le faible signal optique monomode entrant à une extrémité, tant que sa fréquence se situe dans le spectre du laser multimode, est amplifié et verrouillé sur un mode spécifique. Ce type d'amplificateur optique est appelé amplificateur à verrouillage par injection (IL-SLA). Si les deux extrémités d'un laser à semi-conducteur sont recouvertes d'un miroir ou d'une couche antireflet, ce qui rend son émissivité très faible et l'empêche de former une cavité résonante de Fabry-Perrow, le signal optique traversant la couche active du guide d'ondes est amplifié lors de sa propagation. Par conséquent, ce type d'amplificateur optique est appelé amplificateur optique à onde progressive (TW-SLA), dont la structure est illustrée dans la figure suivante. Étant donné que la bande passante de l'amplificateur optique de type à ondes progressives est trois ordres de grandeur plus grande que celle de l'amplificateur de type Fabry-Perot, et que sa bande passante de 3 dB peut atteindre 10 THz, il peut amplifier des signaux optiques de différentes fréquences et constitue un amplificateur optique très prometteur.
2. Amplificateur à fibre dopée : il se compose de trois parties : la première est une fibre dopée d'une longueur allant de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres. Ces impuretés sont principalement des ions de terres rares, qui forment le matériau d'activation laser ; la deuxième est la source de pompage laser, qui fournit l'énergie aux longueurs d'onde appropriées pour exciter les ions de terres rares dopés afin d'amplifier la lumière. La troisième est le coupleur, qui permet à la lumière de pompage et au signal lumineux de se coupler au matériau d'activation de la fibre optique dopé. Le principe de fonctionnement d'un amplificateur à fibre est très similaire à celui d'un laser à solide. Il provoque une inversion de la distribution du nombre de particules dans le matériau activé par laser et génère un rayonnement stimulé. Pour créer un état d'inversion stable de la distribution du nombre de particules, la transition optique doit impliquer plus de deux niveaux d'énergie, généralement des systèmes à trois et quatre niveaux, avec un apport continu d'énergie provenant d'une source de pompage. Pour fournir efficacement de l'énergie, la longueur d'onde du photon de pompage doit être inférieure à celle du photon laser, c'est-à-dire que son énergie doit être supérieure à celle du photon laser. De plus, la cavité résonante crée une rétroaction positive, permettant ainsi la formation d'un amplificateur laser.
3. Amplificateurs à fibre non linéaire : Les amplificateurs à fibre non linéaire et les amplificateurs à fibre erbium appartiennent tous deux à la catégorie des amplificateurs à fibre. Cependant, les premiers exploitent l'effet non linéaire des fibres de quartz, tandis que les seconds utilisent des fibres de quartz dopées à l'erbium pour agir sur le milieu actif. Les fibres optiques à quartz classiques génèrent d'importants effets non linéaires sous l'action d'une lumière de pompage intense de longueurs d'onde appropriées, telles que la diffusion Raman stimulée (SRS), la diffusion Brillouin stimulée (SBS) et les effets de mélange à quatre ondes. Lorsque le signal est transmis le long de la fibre optique avec la lumière de pompage, il peut être amplifié. Ainsi, on trouve des amplificateurs Raman à fibre (FRA), des amplificateurs Brillouin (FBA) et des amplificateurs paramétriques, tous des amplificateurs à fibre distribuée.
Résumé : La direction de développement commune de tous les amplificateurs optiques est un gain élevé, une puissance de sortie élevée et un faible facteur de bruit.
Date de publication : 8 mai 2025