Оптоэлектроника и волоконная оптика. Гуртов В.А. - 152 стр.

    Для достижения уровней выходной мощности в сотни мВт и выше раз-
работаны специальные волоконные световоды с двойной оболочкой и схемы
накачки таких световодов. Усилители на основе эрбиевых волоконных све-
товодов с двойной оболочкой обеспечивают получение выходного излучения
мощностью более 1,5 Вт (33 дБ).
    Шум-фактор. Основным источником шума в усилителе на волокне, леги-
рованном эрбием, является самопроизвольное (спонтанное) излучение при пе-
реходе иона эрбия с метастабильного уровня энергии 2 на основной уровень
1 (рис.1). Это спонтанное излучение усиливается и повторно поглощается по
всей длине усилителя приблизительно так же, как слабый сигнал, распростра-
няющийся по усилителю.
    Для характеристики качества оптического усилителя используется пара-
метр получивший название шум-фактор. Величина шум-фактора является
мерой ухудшения отношения сигнал/шум входного когерентного сигнала при
прохождении через оптический усилитель.
    Обеспечить минимальное значение шума можно с использованием накач-
ки большой мощности на длине волны 980 нм, работающей по трехуровневой
схеме. В этом случае теоретически населенность основного уровня 1 может
быть снижена практически до нуля. Излучение накачка на длине волны 1480
нм само эффективно взаимодействует с ионов эрбия, находящимися на мета-
стабильном уровне энергии 2, а это приводит к тому, что населенность уровня
1 не может быть снижена до нуля. Поэтому уровень шума при использовании
накачки на длине волны 1480 нм выше, чем при использовании накачки на дли-
не волны 980 нм. При накачке во встречном по отношению к сигналу направ-
лении шум-фактор также несколько выше, чем при сонаправленной накачке,
поскольку очень важно обеспечить большую населенность метастабильного
уровня 2 и малую населенность уровня 1 там, где сигнал слабый.
    На рис. 5 представлены спектральные зависимости шум-фактора при двух
значениях входного сигнала - -30 дБм и -0,5 дБм. Видно, что данная величина
не превышает уровня 5 дБ в диапазоне 60 нм.

Реи. 5. Спектральная зависимость коэффициента шума и усиления эрбиевого усили-
теля для двух значений входного сигнала

    Ширина и равномерность полосы усиления. Ширина полосы усиления по-
казывает диапазон длин волна, в котором значение усиления не ниже некото-
рого граничного уровня. Как правило, этот уровень составляет -3 дБ от макси-
мального значения коэффициента усиления.
    Ширина полосы усиления определяется спектром излучения ионов эрбия
в материале сердцевины оптического волокна. Наиболее широким спектром
излучения обладают ионы эрбия в алюмосиликатном стекле (рис.4). Спектры
усиления типичного эрбиевого усилителя на алюмосиликатном стекле при


                                     152