20- ma’ruza optik kuchaytirgichlar reja

10.5. Tolali optik EDFA kuchaytirgichlari, ularning tuzilishi, ish prinsipi, xarakteristika va parametrlari
Bu turdagi optik kuchaytirgichlarda ularning ish xususiyatlarini belgilovchi yuqorida ko‘rib o‘tilgan majburiy nurlanish va energetik sathlarining teskari egallanganligi jarayonlari kvars shishasidan tayyorlangan optik tolani erbiy, prazeodiniy, tuliy kabi noyob yer elementlari atomlari bilan legirlash (kiritish) yo‘li bilan hosil qilinadi.

Kremniydan tayyorlangan, o‘zagi erbiy bilan legirlangan bir modali toladan iborat kuchaytirgichlar keng tarqalgan. Bunday kuchaytirgichlar EDFA kuchaytirgichlari deyiladi. EDFA kuchaytirgichlarning kuchaytirish sohasi keng 1530 nm dan 1560 nm gacha. Aralashmali tolali optik kuchaytirgichning tuzilishi 10.3-rasmda ko‘rsatilgan [1].

Aralashmali tolali optik kuchaytirgichning ishlash prinsipi quyidagicha: kuchsiz, so‘ngan optik signallar faqat bir yo‘nalishda (chapdan-o‘ngga) uzatishni ta’minlovchi (teskari yo‘nalishda uzatmaydigan) optik izolyator orqali (2) optik filtrlar blokiga kelib tushadi (3). Filtrlar lazerga tashqi optik kuch berish (nakachka) chastotasida yorug‘lik tarqalishini oldini oladi. So‘ng optik signallar katushka ko‘rinishida ishlangan taxminan 25-100 metrli aralashma tolali kabel kesimiga kelib tushadi (4). Tolaning bu uchastkasi qarama-qarshi tomonga o‘rnatilgan yarim o‘tkazgich lazerning (5) kuchli uzluksiz nurlanishiga uchraydi. Tashqi optik kuch beruvchi lazerdan tashqi optik kuch to‘lqini (6) aralashmali tolaga uzatiladi. Tashqi optik kuch to‘lqini aralashma atomlarini qo‘zg‘atadi. Kirishdagi signallar kuchsiz bo‘lgani uchun aralashma atomlarini qo‘zg‘algan holatdan yorug‘lik nurlanishi bilan asosiy holatga induksiyalangan (majburiy) o‘tishi ro‘y beradi. Selektiv tarmoqlagich (7) kuchaytirilgan foydali signalni (8) chiqish tolasiga (9) yo‘naltiradi. Chiqishdagi qo‘shimcha optik izolyator (10) chiqishdan teskari, tarqoq signallarni optik kuchaytirgichning aktiv sohasiga tushishini oldini oladi.
10.3-rasm. Aralas hmali tolali optik kuchaytirgichning tuzilishi.
Kuchaytirgichning aktiv sohasi o‘zagi aralashmalar bilan legirlangan bir modali tola hisoblanadi. Aktiv sohaga tashqi lazer orqali optik kuch berilishidan erbiy aralashmasining uch sathli atom tizimi hosil bo‘ladi (10.4-rasm) [1].
10.4-rasm. Aralashmali tolali optik kuchaytirgichning uch sathli atom tizimining energetik diagrammasi.
Tashqi optik kuch natijasida atomlar asosiy A sathdan qo‘zg‘algan V sathga o‘tadi. Tashqi optik kuch berish energiyasi

ΔW=hf (A*V), (10.2)

tashqi lazerning λ=980 nm to‘lqin uzunligiga mos keladi. Elektronlarning V sathda yashash vaqti 1 mks ni, 2-o‘ta barqaror S sathdagi o‘rtacha yashash vaqti – 10 ms ga teng. Shu sababdan elektron ixtiyoriy tarzda yuqori sathlardan quyi sathlarga o‘tadilar. Elektronlar V sathdan oraliq S sathga o‘tadi. S sathda elektronlar yetarli darajada ko‘p, ya’ni teskari invers joylashganda, S sathdan A sathga o‘tish boshlanadi va bunda vujudga kelgan fotonlardan xarakat yo‘nalishi tola o‘zagi o‘qining yo‘nalishi bilan mos kelgan qismi o‘z yo‘lida shunday atomlar bilan uchrashadi va spontan nurlanish hosil bo‘ladi. Kuchaygan spontan nurlanish axborot tashishda ishtirok etmaydi va optik kuchaytirgichlar uchun shovqin vazifasini o‘taydi.
Agar =980 nm li to‘lqin uzunligida damlash yo‘li bilan olingan shunday teskari egallangan muhitga 1530...1560 nm to‘lqin uzunligidagi kogerent signal nurlanish bilan ta’sir etilsa, bu nurlanishning har bir fotoni o‘z energiyasini yo‘qotgani holda elektronning V sathdan asosiy A sathga majburiy o‘tishini yuzaga keltiradi. Bunday o‘tish natijasida aynan shunday chastotaga, qutblanishga va tarqalish yo‘nalishiga ega bo‘lgan foton qo‘zg‘algan atomlar bilan uchrashib, ularning har biri o‘z energiyasini yo‘qotgani holda bittadan yangi foton hosil qiladi. Shunday qilib, bir xil chastotali, fazali va qutblanishli yangi fotonlar hosil bo‘ladi. Shu tariqa signal nurlanishining induksiyalangan majburiy kuchayishi sodir bo‘ladi.
Kuchaytirgich ishining xususiyatlari ko‘proq aralashma turiga va signallarni kuchaytirishi kerak bo‘lgan to‘lqin uzunligi diapazoniga bog‘liq.