64 Когерентные источники и усилители оптического излучения

Современные оптические волокна обладают высокой прозрачностью, так как наиболее часто изготавливаются из кварца, который имеет слабую поглощающую способность в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, но все-таки прохождение оптического излучения через оптическое волокно приводит к ослаблению интенсивности и изменению формы оптического импульса из-за дисперсии.

Зависимость интенсивности изучения I от пройденного расстояния в оптическом волокне L определяется следующим выражением: I=I₀exp (-αL)

где I0 – интенсивность оптического излучения на входе оптического волокна, α – линейный коэффициент поглощения оптического излучения в волокне.

Поэтому при передаче оптических сигналов на большие расстояния возникает необходимость их усиления и восстановления формы импульсов. Для этих целей используют повторители и усилители оптических сигналов. Повторитель сначала преобразует оптический сигнал в электрический, затем усиливает и регенерирует его, после чего преобразует его обратно в оптический сигнал. Оптический усилитель в отличии от повторителя не осуществляет оптоэлектронного преобразования, а сразу производит усиление оптического сигнала, причем усиливает как входной сигнал так и входной шум, кроме того, вносит собственный шум в выходной сигнал. Оптические усилители имеют ряд преимуществ перед повторителями:

 более просты и дешевы чем повторители, за счет меньшего числа компонентов;

 имеют более высокую надежность, чем повторители, это важно, например при прокладке подводных волоконных оптических линий связи;

 оптические усилители не привязаны к скорости передачи, в то время как повторители изготавливаются для работы на определенных скоростях;

 повторитель работает с одним сигналом, а усилитель может работать с несколькими оптическими сигналами с разными длинными волн (многоволновое уплотнение WDM). Это позволяет наращивать пропускную способность линии связи без добавления новых оптических волокон.

Оптические усилители:

1. Усилители Фабри-Перо

2. Усилители на волокне, использующие бриллюэновское рассеивание

3. Усилители на волокне, использующие рамановское рассеивание

4. Полупроводниковые лазерные усилители

5. Генераторы сигналов

65. Лазеры и их основные параметры.

ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор, аббревиатура слов англ. фразы: Light Ampflication by Stimulated Emission of Radiation, что означает "усиление света вынужденным излучением") - устройство, преобразующее разл. виды энергии (электрическую, световую, химическую, тепловую и т. д.) в энергию когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона.

Основные параметры и характеристики полупроводниковых лазеров

Ватт-амперная характеристика – зависимость мощности излучения от тока накачки.

На типичной ватт-амперной характеристике гетеролазера можно выделить три участка:

• светодиодный режим – участок, на котором преобладает спонтанное излучение, смещение структуры еще не велико и инверсная населенность не достигнута. Лазер в этом режиме аналогичен светодиоду с торцевым выходом излучения;

• режим суперлюминесценции – доля индуцированных переходов уже сравнима с величиной спонтанного излучения;

• режим лазерной генерации – мощность излучения на этом участке существенно выше, чем на первых двух, а зависимость мощности излучения от силы тока практически линейна.

Спектральная характеристика – зависимость мощности излучения от длины волны; определяется током накачки (режимом работы лазера).

В светодиодном режиме ширина спектра максимальна, а сама кривая имеет гладкий непрерывный характер.

При приближении величины тока накачки к I_пор (соответствует режиму суперлюминесценции), ширина спектра существенно уменьшается.

В режиме лазерной генерации кривая имеет ярко выраженные спектры отдельных мод, возникающие из-за неидеальности оптического резонатора. Ширина спектра при этом обычно не превышает нескольких нанометров, а ширина спектральной линии отдельной моды менее 0,01 нм.

П о виду спектральной характеристики лазеры подразделяются на: – одномодовые – основная мощность излучается на одной моде, а все остальные имеют существенно меньшую амплитуду;

– многомодовые – имеется несколько мод излучения, сравнимых по амплитуде. Частотная характеристика – зависимость значения амплитуды импульса оптического излучения от частоты модуляции.

Резонансный характер АЧХ лазера объясняется тем, что рост концентрации носителей в активной области, вызванный увеличением модулирующего тока, происходит с некоторой задержкой.

Повышение концентрации вызывает рост рекомбинационного излучения, которое, опять с задержкой, увеличивает индуцированную рекомбинацию, что приводит к падению концентрации носителей.

Наличие задержек приводит к переходу через равновесное состояние и процесс становится колебательным – явление электрон-фотонного резонанса.

Переходная характеристика – характеризует импульсный режим работы; из-за явления электрон-фотонного резонанса имеет релаксационные колебания.

Ток смещения желательно поддерживать возможно ближе к пороговому для уменьшения времени переходных процессов и повышения быстродействия.

При импульсной модуляции даже лазеры, стационарное излучение которых является одномодовым, оказываются многомодовыми в течение нескольких наносекунд при импульсном переходе через порог лазерной генерации.