光ファイバ通信分野における光増幅器

光ファイバ通信分野における光増幅器

An 光増幅器光信号を増幅する装置です。光ファイバ通信分野において、主に以下の役割を果たします。1. 光パワーの増強と増幅。光送信機の前段に光増幅器を配置することで、光ファイバに入力される光パワーを増加させることができます。2. 光ファイバ通信システムにおける既存の中継器に代わるオンライン中継増幅。3. 前置増幅：受信端の光検出器の前で、微弱な光信号を前置増幅することで、受信感度を高めます。

現在、光ファイバ通信に採用されている光増幅器には、主に以下の種類があります。1.半導体光増幅器（SOA光増幅器)/半導体レーザー増幅器（SLA光増幅器）; 2. ベイトドープ光ファイバ増幅器（EDFA光増幅器3. 非線形光ファイバ増幅器、例えば光ファイバラマン増幅器など。以下はそれぞれ簡単に紹介します。

1.半導体光増幅器：半導体レーザーは、異なる応用条件と異なる端面反射率によって、様々な種類の半導体光増幅器を生成できます。半導体レーザーの駆動電流が閾値よりも低い場合、つまりレーザーが生成されていない場合、このとき光信号が一方の端に入力されます。この光信号の周波数がレーザーのスペクトル中心に近い限り、光信号は増幅され、もう一方の端から出力されます。この種の半導体光増幅器はファブリ・ペロー型光増幅器（FP-SLA）と呼ばれます。レーザーがしきい値以上にバイアスされている場合、片端から入力される弱いシングルモード光信号は、この光信号の周波数がこのマルチモードレーザーのスペクトル内である限り、光信号は増幅され、特定のモードにロックされます。このタイプの光増幅器は、注入同期型増幅器（IL-SLA）と呼ばれます。半導体レーザーの両端にミラーコーティングまたは反射防止膜の層を蒸着して、その放射率を非常に小さくし、ファブリ・ペロー共振空洞を形成できない場合、光信号が活性導波層を通過するときに、移動しながら増幅されます。したがって、このタイプの光増幅器は進行波型光増幅器（TW-SLA）と呼ばれ、その構造は次の図に示されています。進行波型光増幅器の帯域幅はファブリペロー型増幅器に比べて3桁広く、3dB帯域幅は10THzに達するため、さまざまな周波数の光信号を増幅することができ、非常に将来性の高い光増幅器です。

2. ベイトドープ光ファイバー増幅器：3つの部分から構成されます。1つ目は、長さが数メートルから数十メートルのドープ光ファイバーです。これらの不純物は主に希土類イオンであり、レーザー活性化材料を形成します。2つ目はレーザーポンプ光源で、適切な波長のエネルギーを供給してドープ希土類イオンを励起し、光増幅を実現します。3つ目はカプラで、ポンプ光と信号光をドープ光ファイバー活性化材料に結合させます。光ファイバー増幅器の動作原理は固体レーザーと非常によく似ています。レーザー活性化材料内に粒子数分布の反転状態を引き起こし、誘導放射を生成します。安定した粒子数分布の反転状態を作り出すには、ポンプ光源からエネルギーを継続的に供給しながら、2つ以上のエネルギー準位（通常は3準位および4準位）が光遷移に関与する必要があります。エネルギーを効率的に供給するためには、ポンプ光子の波長をレーザー光子の波長よりも短くする、つまりポンプ光子のエネルギーをレーザー光子のエネルギーよりも大きくする必要があります。さらに、共振空洞は正帰還を形成し、これによりレーザー増幅器を構成できます。

3. 非線形光ファイバ増幅器：非線形光ファイバ増幅器とエルビウム光ファイバ増幅器はどちらも光ファイバ増幅器のカテゴリーに属します。ただし、前者は石英光ファイバの非線形効果を利用し、後者はエルビウム添加石英光ファイバを用いて能動媒質に作用させます。一般的な石英光ファイバは、適切な波長の強力なポンプ光の作用下で、誘導ラマン散乱（SRS）、誘導ブリルアン散乱（SBS）、四光波混合効果など、強い非線形効果を生成します。信号光がポンプ光とともに光ファイバに沿って伝送されると、信号光を増幅することができます。したがって、これらは分布型光ファイバ増幅器であるファイバラマン増幅器（FRA）、ブリルアン増幅器（FBA）、およびパラメトリック増幅器を形成します。

概要: すべての光増幅器の共通の開発方向は、高利得、高出力、および低雑音指数です。