Розділ 6. Параметричні підсилювачі.
Волоконно-оптичні параметричні підсилювачі (FOPA – fiber optical parametric amplifiers) викликають останнім часом великий інтерес дослідників (5). Оскільки у недавніх експериментах були продемонстровані широка полоса пропускання та високий коефіцієнт підсилення. Теоретичний аналіз також вказує на те. Що параметричні підсилювачі володіють потенційно кращими чим інші підсилювачі шумовими характеристиками. Однак до цього часу параметричні підсилювачі не вийшли за межі дослідних центрів. Для розуміння принципів роботи FOPA, факторів, що впливають на ефективність їх робот, а також труднощів, що виникають при їх створенні, розглянемо фізичну природу процесу параметричного підсилення у волокні.
Параметричне підсилення основане на використанні явища, яке отримало назву чотири хвильового змішування. Чотири хвильове змішування – один із нелінійних оптичних ефектів, який полягає в наступному: хвилі, що поширюються в нелінійному середовищі, крім лінійної поляризації середовища, пропорційної першій степені напруженості електричного поля Е, наводять поляризацію, пропорційну другій, третій і т. п степеням Е. процес параметричного підсилення пов'язаний із нелінійністю третього порядку. При взаємодії трьох хвиль із частотами ω1, ω2 та ω3 народжується четверта хвиля із частотою 
.
В випадку частково виродженого чотири хвильового змішування роль перших двох хвиль виконує хвиля накачки, третьою хвилею являється сигнальна хвиля, в процесі підсилення якої виникає, так звана, холоста хвиля. Рівняння у цьому випадку матиме вигляд: 
Схема параметричного підсилювача зображена на рис. 6.1. хвилі накачки та сигнала вводяться у високо нелінійне волокно за допомогою волоконно-оптичного подовжувача. В волокні відбувається параметричне підсилення сигналу та збудження холостої хвилі, тому спектр випромінювання на виході підсилювача містить три компоненти: не поглинуту хвилю накачки, сигнал та холосту хвилю.
Рис. 6.1. Експериментальна схема волоконно-оптичного підсилювача.
Для отримання тільки підсиленого сигналу без інших складових спектра в даній схемі використано оптичний фільтр. Фізично механізм параметричного підсилення полягає в наступному. При одночасному поширенню по світловоді хвилі накачки Е (ωр) та сигнальної хвилі Е (ωs) виникають биття на частоті ωр - ωs. В результаті утворюється біжуча фазова решітка змінного показника заломлення із частотою ωр - ωs. Друга хвиля накачки із Е (ωр) отримує фазову модуляцію із вказаною частотою. Внаслідок цього виникають дві бічні частоти 
. Одна із них 
- холоста хвиля, а інша сигнальна - ωs. Хвиля із частотою ωs додається із початково введеною в систему сигнальною хвилею, тому сигнал на частоті ωs підсилюється. Це приводить до зростання глибини модуляції показника заломлення на частоті биття ωр - ωs і до подальшого підсилення холостої та сигнальної хвиль за рахунок енергообміну із хвилею накачки. Підсилення у протяжному волокні відбувається тільки при виконанні певних фазових співвідношень між хвилями Е (ωр), Е (ωs), Е (ωі) (5).
Коефіцієнт підсилення в параметричному процесі для сигнальної хвилі Gs рівний: 
, де 
, 
- потужності сигнальної хвилі на вході та виході світловода довжиною L, g- коефіцієнт параметричного підсилення, 
.
Спектральна залежність коефіцієнта підсилення параметричного підсилювача приведена на рисунку 6.2.
Рис. 6.2. підсилення параметричного підсилювача із Рр=1,4 Вт,
L = 500м, λ0=1559 нм, λр=1560,7 нм.
Із графіка слідує, що крива містить два горби, що відповідають согласуванню фаз в результаті взаємної компенсації лінійної дисперсії та нелінійного набігу фази. В кожному конкретному процесі один горб відповідає підсиленню сигнальної хвилі. А інший підсиленню холостої хвилі.
Однією із позитивних рис параметричних підсилювачів є можливість створення підсилювачів із смугою підсилення в декілька сотень нанометрів і накачкою потужністю декілька Вт. В наш час отримані волоконні параметричні підсилювачі із шириною смуги підсилення від 200 до 400 нм. Ще однією характеристикою FOPA, котра обумовлює їх перевагу перед іншими видами підсилювачів, це шум-фактор. FOPA володіють шум-фактором близько 3 децибел. Однак при роботі параметричного підсилювача в фазочутливому режимі, шум-фактор може досягати 0 Дб. Правда такий режим роботи достатньо складний у реалізації.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 146; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!