Odborné znalosti

Zesilovač s vizmutem dopovaným vláknem s 1700nm oknem

2021-03-24
Dnešní komunikační sítě s optickými vlákny obvykle pracují ve spektrálním okně 1550 nm a používají erbiem dopovaný vláknový zesilovač (EDFA) k prodloužení komunikační vzdálenosti nebo zlepšení výkonu technologie vlnového multiplexování (WDM).
Aby však bylo možné použít nová spektrální okna ke splnění budoucích požadavků na komunikační šířku pásma a zesílit signály z dutých fotonických bandgap vláken ve spektrální oblasti 1600-1750 nm, která není dostupná technologií EDFA, vědci z Centra pro výzkum optických vláken z Ruské akademie věd vyvinuli vizmutem dopovaný (Bi) vláknový zesilovač, který využívá 1550nm laserové diodové čerpadlo prodávané na trhu. Pu, pracující v pásmu 1640-1770 nm.
MCVD vlákno dopované bismutem
Ačkoli Tm dopovaný vláknový zesilovač (TDFA) může pracovat při 1700nm (a až 1900nm) oknech, je obtížné pro TDFA použít v 1700nm oknech kvůli jeho nízké účinnosti a silnému potlačení zesílené spontánní emise (ASE) prostřednictvím různých speciálních kooperací. -doping a vlastní filtrační techniky ASE.
Alternativně k TDFA mohou germaniumsilikátová vlákna dopovaná vizmutem poskytnout zesílení při 1700 nm. Výzkumný tým vyvinul 1700 nm optický zesilovač vyvinutím speciálních vláken dopovaných bismutem s vysokým obsahem germania. Aby se dosáhlo optimální distribuce zisku, několik vláken dopovaných bismutem s různou koncentrací jádra bylo vyrobeno zlepšenou chemickou depozicí z plynné fáze (MCVD).
Vláknový zesilovač dopovaný bismutem (BDFA) používá dvě laserové diody s výkonem 150 mW a vlnovou délkou 1550 nm k čerpání obousměrných vláken s různou koncentrací dopingu, 125 mikronovým pláštěm a průměrem jádra 2 mikrony (viz obrázek). Za účelem měření výkonu BDFA byl zkonstruován vlastnoručně vyrobený vícevlnový světelný zdroj se superluminiscenčním vláknovým zdrojem dopovaným bismutem a Braggovou mřížkou s vysokou odrazivostí vlákna (FBG) pro generování 1615-1795 nm stejnoměrných spekter (rozteč 15nm). Výkon 1700nm je založen na měření různých výkonových parametrů BDFA. Aby se dosáhlo maximálního optického zisku, došlo k závěru, že 0,015-0,02 % hmotnosti dopingu bismutu je nejlepší volbou. Optický zesilovač s 50 m vláknem dopovaným bismutem poskytuje maximální zisk 23 dB při 1710 nm, šířku pásma 40 nm 3 dB, účinnost zisku 0,1 dB/mW a minimální šumové číslo asi 7 dB. Ve srovnání s TDFA má BDFA lepší šířku pásma a účinnost 3dB. "Důležitou otázkou je vývoj vláknových zesilovačů v nových spektrálních oblastech, kde je optická ztráta komunikačních vláken menší než 0,4 dB/km," řekl profesor Evgeny Dianov, vědecký ředitel Centra pro výzkum optických vláken Ruské akademie věd. "To umožní využít rozšířené spektrální oblasti pro přenos informací ve vysokorychlostních optických vláknových systémech. Vývoj tohoto zesilovače je první hlavní etapou v tomto směru." V tomto úsilí potřebujeme vytvořit širokopásmové optické zesilovače se ziskem šířku pásma větší než 100 nm, což bude nový průlom ve vývoji optických komunikačních systémů využívajících tyto zesilovače a aktivní optická vlákna,“ dodal Dianov.