エルビウム添加ファイバ増幅器のゲイン特性

要約：エルビウム添加ファイバ増幅器は、Lフリー980nm InGaAs / InGaAsP / InGaP高出力量子井戸レーザーによって励起されました。 20mWのポンプ電力では、ゲインは33dB、最大ゲイン係数は6.7dB / mW、飽和出力電力は6dBmです。 ゲインは、ファイバの長さとポンプ出力の関数としてであり、出力電力の関数としてもあります。

1はじめに
光通信技術の深い発展により、直接光増幅技術としてのエルビウム添加ファイバ増幅器（EDFA）の開発が今日の研究の主流になりました。 EDFAは、エルビウム添加ファイバと通信ファイバの互換性、低結合損失、良好な安定性、高ゲイン、高帯域幅、高効率、低ノイズ、偏光依存性なし、および単純な構造を備えています。 その小さなサイズのため、使いやすく、高い実用的価値。 したがって、コヒーレント光通信、光アーク副通信、量子光通信など、全光ファイバ通信を実現するための重要なコンポーネントです。 これは、世界中の科学者、特に近年注目を集めている半導体レーザーで励起されたエルビウム添加ファイバ増幅器の注目を集めています。 実験により、980 nmの発光波長を持つ半導体レーザーが、エルビウム添加ファイバ増幅器の最適なポンプ源であることが示されています。 980nmには励起状態の吸収がないだけでなく、高いポンピング効率、高速応答、および量子変換効率が100％に近いため、高ゲイン係数、低ノイズ、高飽和出力の利点があります。

図 1 EDFA構造の概略図。

実験用ポンプ光源は、グループが開発した980 nmのアルミニウムを含まないInGaAs / InGaAsP / InGaP高出力量子井戸レーザーです。信号源は、波長が1.48〜1.58μmの外部共振器型レーザーダイオードです。信号光とポンプ光は、コンバイナを介してエルビウム添加ファイバに入ります。エルビウムドープファイバのコア径は2μm、セリウムドーピング濃度は200 ppm、開口数は0.3です。図1は、EDFAデバイスの構造を示しています。偏光の影響を受けない2つの光アイソレータを使用して、レーザー発振を防ぎ、自然放出（ASE）フィードバックを増幅します。狭帯域光フィルタは、エルビウム添加ファイバに吸収されないASEおよびポンプ光を除去し、増幅器のゲイン帯域幅を拡大します。図2にゲインスペクトルを示します。図から、1.533 nmと1.553 nmの周囲に2つのピークがあることがわかります。そのため、これら2つの波長を信号波長として比較します。図3は、2つの信号波長のファイバ長とゲイン係数の関係を示しています。所定のポンプ出力に対して、増幅器の最大ゲインは最適なファイバ長に対応します。 980 nmのポンプ波長、12 mWのポンプ出力、および-38 dBmの信号出力では、1.533 nmおよび1.553 nmの信号波長の最適なファイバ長は両方とも12 mであり、対応する最大ゲイン係数はそれぞれ6.7および5.7 dB / mWです。ファイバの長さが最適値を超えると、ゲイン係数は急速に低下します。その理由は、アンプの最適な長さを超える部分はポンピングされず、増幅された信号を吸収するためです。図4は、ゲインの関数としてのポンプ出力を示しています。ポンプパワーが20mW、信号パワーが38dBm、ファイバ長が12m、信号波長が1.533μm、ゲインが33dB、しきい値パワーが1.3mWの場合。信号の波長は1.553μm、ゲインは23 dB、スレッショルドパワーは1 mWです。図5は、出力電力とゲインの関係を示しています。飽和出力電力は、ゲインが3dBに低下すると6dBmです。