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

Система автоматического управления поворотом устройства перемещения робота
Данная система автоматического управления предназначена для управления поворотом устройства перемещения робота. Ниже приведена функциональная схема разрабатываемой САУ (рис. 1). МП - микропроцессор; У - усилитель; ЭМКЛ - электромагнитный клапан; ГЦ - гидроцилиндр; Р - ред ...