Волоконно-оптические усилители

Оптические усилители, использующие в качестве активного материала редкоземельные элементы РЗЭ (или лантаниды - элементы с 57 по 71 в Периодической таблицы Менделеева), были известны достаточно давно, однако активное исследование этого типа усилителей началось только с конца 80-х (1987) и акти-визировалость с появлением высококачественного ОВ и систем WDM. Объяснение принципа работы таких усилителей базируется на следующем. В процессе изготовления основной материал (в нашем случае стекло ОВ) легируется (т.е. к нему добавляются примеси) редкоземельными металлами. Их ионы создают активную среду для усиления в определенных полосах длин волн, соответствующих полосам поглощения легирующего материала. Примесные ионы могут быть легко возбуждены излучением лазерной накачки соответствующих длин волн, а затем относительно легко могут (под действием принятого информационного светового сигнала) сбросить возбужденные электроны на нижний уровень в процессе релаксации. Этот процесс может не укладываться в двухуровневую модель взаимодействия, принятую ранее в качестве основной, так как он может проходить как без излучения, так и с излучением фотонов. В первом случае создаются фононы (энергия перехода вызывает акустические колебания окружающего материала среды). Во-втором, происходит возбуждение фотонов. Причем переход с возбужденного уровня ионов на уровень релаксации происходит через промежуточный метастабильный уровень, обусловленный верхним уровнем лазерной накачки. Таким образом, модель взаимодействия становится трехуровневой. В любом случае для нормального взаимодействия энергия падающего фотона в потоке сигнала должна быть равна разности энергий возбужденного уровня и уровня релаксации.