Amplificateurs optiques dans le domaine des communications par fibre optique

Amplificateurs optiques dans le domaine des communications par fibre optique

An amplificateur optiqueUn amplificateur optique est un dispositif qui amplifie les signaux optiques. Dans le domaine des communications par fibre optique, il remplit principalement les fonctions suivantes : 1. Amélioration et amplification de la puissance optique. En plaçant l’amplificateur optique en amont de l’émetteur optique, la puissance optique injectée dans la fibre est augmentée. 2. Amplification en relais en ligne, remplaçant les répéteurs existants dans les systèmes de communication par fibre optique. 3. Préamplification : avant le photodétecteur à la réception, le signal lumineux faible est préamplifié afin d’améliorer la sensibilité de réception.

À l'heure actuelle, les amplificateurs optiques utilisés dans les communications par fibre optique comprennent principalement les types suivants : 1. Amplificateur optique à semi-conducteurs (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 au plomb (Amplificateur optique EDFA), etc. 3. Amplificateurs à fibre non linéaires, tels que les amplificateurs Raman à fibre, etc. Voici une brève introduction à chacun d'eux.

1. Amplificateurs optiques à semi-conducteurs : Sous différentes conditions d’application et avec différentes réflectances de face d’extrémité, les lasers à semi-conducteurs peuvent produire divers types d’amplificateurs optiques à semi-conducteurs. Si le courant d’alimentation du laser à semi-conducteurs est inférieur à son seuil, c’est-à-dire si aucun laser n’est généré, un signal optique est injecté à une extrémité. Tant que la fréquence de ce signal optique est proche du centre spectral du laser, il sera amplifié et renvoyé à l’autre extrémité.amplificateur optique à semi-conducteurOn parle alors d'amplificateur optique de type Fabry-Perrop (FP-SLA). Si le laser est polarisé au-dessus du seuil, le faible signal optique monomode injecté à une extrémité sera amplifié et verrouillé sur un mode spécifique, à condition que sa fréquence se situe dans le spectre du laser multimode. Ce type d'amplificateur optique est appelé amplificateur à verrouillage par injection (IL-SLA). Si les deux extrémités d'un laser semi-conducteur sont recouvertes d'un revêtement antireflet (par exemple, par évaporation sous vide), ce qui réduit considérablement son émissivité et empêche la formation d'une cavité résonante Fabry-Perrop, le signal optique sera amplifié lors de sa propagation à travers la couche de guide d'ondes active. Ce type d'amplificateur optique est alors appelé amplificateur optique à onde progressive (TW-SLA), et sa structure est illustrée dans la figure suivante. Étant donné que la bande passante de l'amplificateur optique à onde progressive est trois ordres de grandeur supérieure à celle de l'amplificateur de type Fabry-Perot, et que sa bande passante à 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 de plusieurs mètres à plusieurs dizaines de mètres. Ces impuretés sont principalement des ions de terres rares, qui constituent le matériau d'activation laser. La deuxième est la source de pompage laser, qui fournit l'énergie des longueurs d'onde appropriées pour exciter les ions de terres rares dopants et ainsi amplifier la lumière. La troisième est le coupleur, qui permet le couplage de la lumière de pompage et de la lumière de signal dans le matériau d'activation de la fibre optique dopée. Le principe de fonctionnement d'un amplificateur à fibre est très similaire à celui d'un laser à semi-conducteurs. Il induit une inversion de la distribution du nombre de particules au sein du matériau activé par le laser et génère un rayonnement stimulé. Pour créer un état d'inversion stable de la distribution du nombre de particules, plus de deux niveaux d'énergie doivent être impliqués dans la transition optique, généralement des systèmes à trois ou quatre niveaux, avec une alimentation continue en énergie provenant d'une source de pompage. Pour fournir efficacement de l'énergie, la longueur d'onde du photon de pompe doit être inférieure à celle du photon laser, c'est-à-dire que l'énergie du photon de pompe doit être supérieure à celle du photon laser. De plus, la cavité résonante crée une boucle de rétroaction positive, permettant ainsi la formation d'un amplificateur laser.

3. Amplificateurs à fibre non linéaires : Les amplificateurs à fibre non linéaires et les amplificateurs à fibre dopée à l’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 comme milieu actif. Les fibres optiques en quartz ordinaires génèrent de forts effets non linéaires sous l’action d’une lumière de pompe intense de longueur d’onde appropriée, tels que la diffusion Raman stimulée (SRS), la diffusion Brillouin stimulée (SBS) et le mélange à quatre ondes. Lorsque le signal est transmis dans la fibre optique avec la lumière de pompe, il peut être amplifié. On distingue ainsi les amplificateurs Raman à fibre (FRA), les amplificateurs Brillouin à fibre (FBA) et les amplificateurs paramétriques, qui sont tous des amplificateurs à fibre distribués.

Résumé : L'orientation commune du développement de tous les amplificateurs optiques est un gain élevé, une puissance de sortie élevée et un faible facteur de bruit.