Лекции по Компонентам ВОЛТ   

8. Оптические усилители

8.2. Полупроводниковые оптические усилители (ППОУ)

Полупроводниковые оптические усилители основаны на электрическом возбуждении и имеют высокое быстродействие. Для устранения отражений от торцов кристалла усилителя используются специальные покрытия с низким коэффициентом отражения.

ППОУ могут быть использованы в:

  • усилителях
  • компенсаторах дисперсии
  • оптических коммутаторах

Как усилители (т.е. по основному назначению) ППОУ могут быть использованы в качестве предусилителей перед детектированием оптического сигнала, а также в качестве усилителей мощности в линейных системах для компенсации распределенных потерь в линии, позволяющих увеличить длину регенерационного участка.

ППОУ могут быть интегрированы вместе с полупроводниковым лазером для создания эффективного источника в когерентных оптических системах.

ППОУ могут быть использованы как компенсаторы дисперсии в ОВ, учитывая то, что они даже в одноканальном варианте вызывают увеличение крутизны переднего и уменьшение крутизны заднего фронтов импульсов (эффект, характерный для линейной частотной модуляции (ЛЧМ)), а в многоканальном варианте к нему прибавляется эффект фазовой кросс-модуляции (ФКМ). Если использовать четырехволновое смешение (ЧВС) в ППОУ для частотной конверсии спектра, приводящей к инвертированию порядка следования частотных составляющих импульса, т.е. фактически к изменению знака дисперсии, то можно компенсировать дисперсию на последующем участке с ОВ.

ППОУ, наконец, могут быть использованы в качестве оптических коммутаторов для пространственной коммутации или разделения по длинам волн.

Существуют два типа ППОУ:

  • подпороговые усилители
  • надпороговые усилители.

Подпороговые усилители - это лазеры, работающие в режиме ниже порога генерации излучения (усилители бегущей волны (УБВ), усилители Фабри-Перо (УФП)).

 Надпороговые усилители (или усилители с фиксированным усилением) - напротив - лазеры, работающие в режиме выше порога генерации излучения (ОУ на лазере с распределенной обратной связью, ОУ на лазере с распределенным отражателем Брегга).

Основными характеристиками ППОУ, как и любого усилителя, являются:

  • коэффициент усиления
  • уровень шумов
  • динамический диапазон
  • неравномерность амплитудно-волновой характеристики (АВХ).

Коэффициент усиления ППОУ представляет собой экспоненциальную, характерную для систем с насыщением функцию, зависящую от длины усилителя и коэффициента усиления материала полупроводника. Ширина полосы АВХ для коэффициента усиления материала оказывается существенно большей, чем для усилителя. Эта особенность еще больше усиливается для многопроходных усилителей типа УФП. В целом ширина полосы для УБВ оказывается на три порядка шире, чем для УФП.

Реализуемые коэффициенты усиления составляют для УБВ -15 дБ (волна ТМ) или 22 дБ (волна ТЕ); для УФП -22-25 дБ. Максимум коэффициента усиления зависит от величины тока через полупроводник и лежит в диапазоне 1520 - 1460 нм, смещаясь в сторону меньших длин волн при большей величине тока.

 Динамический диапазон без учета шума ППОУ может достигать 35-45 дБ. ППОУ, как и любой ОУ, добавляет шум за счет усиленного спонтанного излучения (УСИ) к усиливаемому оптическому сигналу. Шум приводит не только к уменьшению динамического диапазона, но и к снижению максимально допустимого усиления. Например, если уровень мощности шума составляет около 20 дБ, а уровень усиления сигнала на его фоне - 25 дБ, то динамический диапазон, который мог бы в отсутствие шума составить 45 дБ, уменьшается при наличии шума до величины 25 дБ.

Амплитудно-волновая характеристика - зависимость амплитуды сигналов от длины волны.

Неравномерность этой характеристики обусловлена тем, что коэффициенты усиления на различных длинах волн различны. Это в общем является недостатком и требует корректирования (выравнивания), кроме случаев, когда необходимо усилить строго определенный диапазон длин волн.



*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.