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

Известны два вида оптических усилителей, в которых усиление оптических колебаний происходит в результате рассеяния излучения накачки на атомах вещества, служащего основой светопровода. Усилители работают на основе эффектов Рамана (ВКР-усилители) и Мандельштамма - Бриллюэна, имеющих место в стеклянных волноводах при большой мощности накачки.

Рамановские усилители могут быть распределенными или выполняться в виде дискретных устройств. Дискретный Рамановский усилитель - устройство, усиливающие оптические сигналы, в котором применяется оптическое волокно с эффектом Рамана, и все физические составляющие расположены внутри устройства. Распределенные усилители характеризуются тем, что эффект усиления сигнала в них достигается путем использования определенных участков или всего оптического волокна, применяемого для передачи.

Распределенные Рамановские усилители можно разделить на три подкатегории:

§ Рамановский усилитель с прямой накачкой - энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в одном направлении.

§ Рамановский усилитель с обратной накачкой - энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в противоположных направлениях.

§ Рамановский усилитель с накачкой в двусторонней накачкой - энергия накачки распространяется по волокну передачи в обе стороны. В этом случае часть энергии накачки распространяется в одном направлении с передаваемым сигналом, а часть - в направлении, противоположном направлению сигнала, передаваемого средствами связи.

Рис. 1. Схема применения Рамановских усилителей.

Волоконный усилитель Бриллюэна (ВУБ) в основном схож по принципу действия с усилителем Рамана, за исключением того, что оптическое усиление обеспечивается стимулированным рассеянием Бриллюэна. ВУБ также накачивается оптически, и часть накачиваемой мощности передается сигналу через рассеяние. Физически каждый фотон накачки с энергией hx fHиспользует ее часть, чтобы создать фотон сигнала с энергией, hxfС в то время как фотон энергии возбуждает акустический фотон. Иначе говоря, волны накачки рассеиваются на акустической волне, движущейся через среду со скоростью звука.

Отличия от рамановского усиления:

§ усиление имеет место только тогда, когда сигнал распространяется в направлении, противоположном лучу накачки;

рамановский усилитель эффект рассеяние

§ сдвиг частоты сигнала по отношению к частоте накачки меньше 10 ГГЦ, т.е. на три порядка меньше, чем у рамановского усилителя, и зависит от частоты накачки;

§ спектр усиления узкий (полоса усиления менее 100 МГц).

§ Очень узкий усиливаемый спектр не позволяет применять этот тип усилителя в широкополосных системах передачи. Реальное усиление может достигать 20 ¸ 30 дБ при величине накачки около 1 мВт.

Основными характеристиками Рамановского усилителя являются: входная мощность, выходная мощность, мощность накачки, характеристика усиления и ее ширина, неравномерность усиления и другие. Данные характеристики относятся к мощности сигнала, мощности сигнала накачки и частоты.

Рамановское рассеяние (ВКР) может превратить волоконный световод в оптический усилитель с оптической накачкой. Усиление вследствие ВКР зависит от интенсивности (равной мощности накачки Pн, деленной на площадь модовой пятки А), длины взаимодействия L волны накачки и сигнальной волны и коэффициента усиления ВКР g:

Статья в тему

Электромеханический следящий привод робота
Разработать электромеханический следящий привод «плечевой» степени подвижности двухзвенного плоского манипулятора робота, кинематическая схема которого изображена на рис. 1. Рис 1. Расчётная кинематическая схема манипуляционного механизма. Основные технические требова ...