University of Southampton yeni tekniğinde Prezent birkaç kayıp nadir malzeme ile takviye edilmiş optik elyafı üretiminde ortaya 1985, yana önemli dispozitives uygulamalar optik fiber amplifikatörler olarak tanımlanan bu elyafların temelinde yapı ile optik kuvvetlendiriciler. Prensip olarak, yüksek verimli daha az içsel ses, enerji ve güç tasarrufu ploarization düşük bağımlılık nedeniyle.
kullanılan ilk madde nadir neodimyum, katı lazerler doping için en iyi malzemedir oldu. Tatmin edici sonuçlar sonra, diğer maddeler, örneğin erbiyum ve iterbiyum gibi elyaf amplifikatörler üretiminde kullanılmıştır.
1986 yılında Southampton grup ilk amplifikatör erbium katkılı fiber gerçekleştirdi.
Bugün, fiber amplifikatörler erbiyum katkılı fiber amplifikatörler nedeniyle amplifikasyon spektrumu bilinen ve en kullanılmaktadır 1550 nm silikat minimum kayıp ile aynıdır.
Fiber amplifikatörler kullanımını daha iyi anlamak için, optik elyaflar ile ilgili birkaç söz sunmak için gereklidir.
optik fiberler üzerinde çalıştığınız temel ilke toplam iç yansıma olduğunu. Bir ışık ışını (su camı, vb, havaya cam, hava, örneğin su) daha az yoğun olan geçer durumunda açılı yoğun optik bir ortam kırılma geliş açısı daha yüksek olmasını ve bu nedenle sıklığı θ1smaller π2 açısının belirli bir değeri için π2 değerini ulaşabilir. Geliş açısının Bu değer için kritik açı (θ0) olarak adlandırılır. Ayrıca, kritik açıdan daha büyük herhangi bir değer için, ışık yansıması yerine yasalarına göre birinci ortamın giriş geri yansıyan ediliyor, ikinci yarısında geçemez. Bu nedenle, iki medya arasında bir arayüz bir ayna gibi davranmaktadır. İkinci yarıda hafif ve yine ilk olarak eğer yansıtma toplam yokluğu, toplam iç yansıma olarak adlandırılan bu fenomeni yaptı.
Toplam iç yansıma ilkesi getirilerek sonra, bir optik elyaf nasıl açıktır. Bu nedenle, basit bir cam çubuk, bir optik fiber içindeki hareket edebilir.
Işık ikinci yarısında geçmez rağmen, iki medya arasındaki sınır çizgisinin ötesine bazı elektrik alan vardır. Sınır boyunca oluşturulan bu ikincil dalga dalga kaybolan denir ve x0 dalga genliği düşer ve x hangi sabit mesafedir hattı (exp (-x / x0) uzaklaşmaya olarak genliği katlanarak azalır mesafedir arayüzü). Bu özelliğinden dolayı, çabuk kaybolan dalga ilk yarısından itibaren herhangi bir enerji yürütmek değildir. Arayüzü yakın diğer bazı malzeme, çabuk kaybolan dalga gerçek dalga haline gelir ve eğer Ama bu enerjinin bir parçası kayıp olduğu anlamına gelir. Bu optik fiberler için bir sorun, ancak bina ve onları tasarlayarak çözüldü.
Optik fiberler birkaç yatay tabakalar imal edilmiştir. İlk olarak, çekirdek bazen kırılma indeksi değiştirmek için diğer bir öğesi ile katkılı silis camı, yapılmıştır.
Çekirdek kaçan çekirdek önlenmesi, ışık dalgaları için bir rehber olan bir kaplama ile çevrilidir. Ayrıca, doğru yönde gidiyoruz ışık demeti, hedefinize fiber korunur. Son olarak, iç sistemin koruma fonksiyonu ile giydirme çevreleyen kaplama.
Nedeniyle, birçok farklı faktöre, giriş sinyalinin büyük bir kısmı fiber optik vasıtası ile aktarım sırasında kaybolur. fenomen lif boyunca ışık seyahatler gibi optik güç kaybı ile tanımlanan zayıflama denir. Bu saçılma ve kayıpları bükme emme neden olabilir.
Birkaç yıl, fiber optik içinde bilgi kaybı telekomünikasyon gelişimi için bir sorun oldu.
Optik amplifikatörler çıkışında foton sayısı, girişte daha yüksek olduğu gerçeği ile karakterize edilir. Bu özelliğe sahip bir madde enerji düzeyleri bir yapıya sahip olmalıdır hangi bir nüfus inversiyon Ni & gt; (Ni heyecanlı devletin nüfusu ve Nf aşağıda yatan Eyaletin nüfusu olduğu) NF oluşabilir.
erbium katkılı amplifikatör temel ilkesini elde etmek için en kolay yolu üç seviyeden bir atom yapısı olarak kabul edilir.
Birinci seviye zemin seviyesi (1) olarak kabul edilir, ikinci düzey erbium iyonları (2) ve üçüncü seviyeye heyecan halidir enerji pompalanır edildiği biridir. Bu seviyelerin nüfusu N1, N2 ve N3 etiketlenir. Gerekli büyütme, devlet 1 ve devlet 2 arasındaki nüfus elde etmek için ters olmalıdır. Devlet 1 zemin seviyesi olduğu için bu için, nüfusun en az yarısının ikinci duruma taşınmalıdır.
Bu erbiyum ile katkılı fiber amplifikatörler özel bir avantajdır. Uzun mesafeler elde yoğunlukları ışık üzerinde çok yüksek bu yüzden nüfus inversiyon küçük pompa güçleri ile yapılabilir, böylece ışık alanlar, çok küçük boyutlarda bir çekirdeğine sınırlıdır.
Kolaylık olması açısından, bu pompa, erbiyum iyonlarının sinyal yoğunluğu ve dağıtımı daha etkili ve elyafın enine kesit alanı, sabit bir enine boyutları olduğunu varsayar. Bu nedenle, erbium matematiksel nadas miktarlarda katkılı fiber amplifikatör özelliklerini sunmak amacıyla tanımlanacak:
p düzeyine seviyesinden 1 den geçiş sıklığı ve pompaya 3 tekabül tekabül gelen ışığın yoğunluğu akışıdır.
s 1-2 geçişe karşılık gelen olay akı frekans ve sinyal alanına tekabül etmektedir.
Γ32 seviye 2 seviye 3 geçiş olasılığını ve Γ21 Γ21 olarak tanımlanan seviye 1 seviye 2 geçiş olasılığı
Γ21 = 1τ2
nerede τ2 Level 2 ömrü olduğunu.
σp Bu absorpsiyon ve emisyon enine kesitleri eşit olduğu varsayılır 1. 2 arasında geçiş için emisyon kesiti 3 ve σs geçiş 1 soğurma kesiti olmasıdır.
Nüfusun değişim denklemi olarak yazılır:
dN3dt = - Γ32N3 + (N1-N3), pσp (1)
dN2dt = - Γ21N2 + Γ32N3- (N-2-N1) sσs (2)
dN1dt = Γ21N2- (N1-N3), pσp + (N-2-N1) sσs (3)
Kararlı hal durumunda: dN3dt = dN2dt = dN1dt = 0
ve tüm nüfusu N = N1 + N2 + N3 tarafından verilmektedir.
İlk denklemden biz elde edebilirsiniz:
N3 = 11 + Γ32 / pσpN1
(Γ32 çok büyük) seviye 2 seviye 3 den hızlı bir çürüme olduğunda nüfusu birinci ve ikinci düzeyleri çoğunlukla böylece, N3, sıfıra çok yakındır.
N3 bulabileceğiniz ikinci seviyeden nüfus için denklem biliyorum:
N2 = (pσp / Γ32) -Γ21Γ21 + sσsN1
Bu kullanma biz nüfus inversiyon formülü elde edebilirsiniz:
N2-N1 = pσp-Γ21Γ21 + pσpN 2sσs
Nüfus inversiyon koşulu N2≥N1 olduğunu. Bu nedenle, bir eşik N1 = N2 için. Bu kullanarak, (kapısında) pompanın gerekli asgari akışını bulmak:
Th = Γ21σp
Γ32 çok büyük olması halinde, nüfus inversiyon olarak yazılabilir:
N2-N1N + 1, -1p, p =
Nerede p = PTH.
Yatırım negatif olması durumunda sinyal negatif kazanç böylece Mantıken, daha devralmaları emisyon vardır. Yatırım pozitif ise Aksi takdirde, olumlu bir sinyal olumlu bir kazanç sahiptir.
Pompa yoğunluğu Ip = hνpp olarak ifade edilir. Bu nedenle, pompa yoğunluğu eşiği Ith = hνpΓ21σp tarafından verilecektir.
Hali hazırda, yukarıdaki denklemden de görülebileceği gibi, düşük bir pompa eşik koşulları şunlardır: yüksek emme enine kesit ve yarı kararlı düzeyde uzun kullanım süresi.
Erbiyum için avantaj metastabl seviyenin çok uzun bir süre silika camı yaklaşık 10 ms. Bu özellik erbium katkılı fiber amplifikatörler önemli avantajlarından biridir çok düşük bir eşik oluşturur.
