Penguat Serat Optik

Penguat Serat Optik adalah sejenis penguat optik yang menggunakan serat optik sebagai media penguatan. Biasanya, media penguatan adalah serat yang diolah dengan ion tanah jarang, seperti erbium (EDFA, Erbium-Doped Fiber Amplifier), neodymium, ytterbium (YDFA), praseodymium dan thulium. Dopan aktif ini dipompa (diberikan energi) oleh cahaya dari laser, seperti laser dioda yang digabungkan dengan serat; dalam banyak kasus, lampu pompa dan lampu sinyal yang diperkuat bergerak secara bersamaan di inti serat. Sebuah serat laser tipikal adalah penguat Raman (lihat gambar di bawah).

Gambar 1: Diagram skematik apenguat serat doping erbium sederhana. Dua dioda laser (LD) memberikan energi pompa ke serat yang didoping erbium, yang dapat memperkuat cahaya pada panjang gelombang sekitar 1550 nm. Dua isolator Faraday bergaya kuncir kuda mengisolasi cahaya yang dipantulkan ke belakang, sehingga menghilangkan efeknya pada perangkat.
Awalnya, penguat serat terutama digunakan untuk komunikasi serat optik jarak jauh, di mana cahaya sinyal perlu diperkuat secara berkala. Situasi tipikal adalah menggunakan laser serat yang didoping erbium, dan kekuatan lampu sinyal di wilayah spektral 1500nm sedang. Selanjutnya, penguat serat digunakan di bidang penting lainnya. Penguat serat daya tinggi digunakan untuk pemrosesan bahan laser. Penguat ini biasanya menggunakan serat berlapis ganda ytterbium-doped, dan wilayah spektral dari cahaya sinyal adalah 1030-1100nm. Daya optik keluaran dapat mencapai beberapa kilowatt.
Karena area mode kecil dan panjang serat yang panjang, gain tinggi puluhan dB dapat diperoleh di bawah aksi lampu pompa daya sedang, artinya, efisiensi gain tinggi (terutama untuk daya rendah) dapat diperoleh . perangkat). Keuntungan maksimum biasanya dibatasi oleh ASE. Serat memiliki rasio permukaan-ke-volume yang besar dan transmisi mode tunggal yang stabil, sehingga daya keluaran yang baik dapat dicapai, dan cahaya keluaran adalah berkas terbatas difraksi, terutama saat menggunakan serat berlapis ganda. Namun, penguat serat daya tinggi biasanya tidak memiliki penguatan yang sangat tinggi pada tahap terakhir, sebagian karena faktor efisiensi daya; rangkaian penguat kemudian diperlukan sehingga preamp memberikan sebagian besar penguatan dan tahap terakhir memberikan keluaran daya tinggi.
Saturasi penguatan penguat serat sangat berbeda dari penguat optik semikonduktor (SOA). Karena penampang transisi yang kecil dan energi saturasi yang tinggi, biasanya dapat mencapai beberapa puluh mJ dalam amplifier serat komunikasi yang didoping erbium, dan ratusan mJ di amplifier yang didoping ytterbium dengan area mode yang besar. Oleh karena itu, banyak energi (terkadang beberapa mJ) dapat disimpan dalam penguat serat dan kemudian diekstraksi dengan pulsa pendek. Hanya ketika energi pulsa keluaran lebih tinggi dari energi saturasi, distorsi pulsa yang disebabkan oleh saturasi menjadi serius. Jika Anda memperkuat laser yang dihasilkan oleh laser mode-terkunci, perolehan saturasinya sama dengan memperkuat laser CW dengan daya yang sama.
Karakteristik saturasi ini sangat penting untuk komunikasi serat optik karena crosstalk intersimbol apa pun, yang terjadi pada amplifier optik semikonduktor, dihindari.
Penguat serat biasanya bekerja di wilayah saturasi yang kuat. Dengan cara ini, keluaran maksimum dapat diperoleh, dan efek sedikit perubahan pada lampu pompa pada daya optik keluaran sinyal akan berkurang.
Keuntungan maksimum biasanya tergantung pada emisi spontan yang diperkuat, bukan daya optik pompa. Itu memanifestasikan dirinya ketika gain melebihi 40dB. Penguat gain tinggi juga perlu menghilangkan pantulan parasit, yang dapat menghasilkan osilasi laser parasit dan bahkan merusak serat, sehingga isolator optik biasanya ditambahkan pada input dan output.
ASE memberikan batasan mendasar pada kinerja noise amplifier. Dalam amplifier empat tingkat kerugian rendah, kebisingan berlebih dapat mencapai batas teoretis, yaitu, angka kebisingan adalah 3dB pada penguatan tinggi, yang lebih besar daripada kebisingan pada media penguatan kuasi-tiga tingkat lossy biasa. ASE dan kebisingan berlebih umumnya lebih besar pada laser yang dipompa ke belakang.
Sumber cahaya pompa juga menimbulkan kebisingan. Suara-suara ini secara langsung mempengaruhi penguatan dan daya keluaran sinyal, tetapi tidak berpengaruh ketika frekuensi kebisingan jauh lebih besar daripada kebalikan dari masa hidup keadaan energi atas. (Ion aktif laser mirip dengan penyimpanan energi, mengurangi efek fluktuasi daya frekuensi tinggi.) Perubahan daya pompa juga menyebabkan perubahan suhu, yang kemudian diterjemahkan menjadi kesalahan fase.
ASE sendiri dapat digunakan sebagai sumber cahaya superradiant dengan koherensi temporal yang rendah, yang dibutuhkan dalam pencitraan koheren optik. Sumber cahaya superradian mirip dengan laser serat gain tinggi.