Волноводный усилитель, легированный эрбием
( Волноводный усилитель, легированный эрбием или EDWA ), представляет собой тип оптического усилителя, усиленного эрбием . Это близкий родственник EDFA , волоконного усилителя, легированного эрбием, и фактически основные принципы работы EDWA идентичны принципам EDFA. Оба они могут использоваться для усиления инфракрасного света на длинах волн в диапазонах оптической связи от 1500 до 1600 нм. Однако, в то время как EDFA изготавливается с использованием отдельно стоящего волокна, EDWA обычно изготавливается на плоской подложке, иногда способами, которые очень похожи на методы, используемые в производстве электронных интегральных схем. Таким образом, основное преимущество EDWA перед EDFA заключается в их возможности тесно интегрироваться с другими оптическими компонентами на одной планарной подложке, что делает EDFA ненужными.
Раннее развитие
[ редактировать ]Ранняя разработка EDWA была мотивирована обещанием (или надеждой) на то, что она сможет производить компоненты меньшего размера и дешевле, чем те, которые достижимы с помощью EDFA. Разработка волноводных усилителей, наряду с другими типами оптических усилителей, в течение 1990-х годов развивалась очень быстрыми темпами. В этой работе приняли участие несколько исследовательских лабораторий, частных компаний и университетов, сосредоточившись на разработке фундаментальных материаловедческих основ, необходимых для их производства. В их число входили Bell Laboratories (Lucent Technologies, США), Teem Photonics (Мейлан, Франция), Molecular OptoElectronics Corp. (Нью-Йорк, США) и некоторые другие. [1] Каждый из них выбрал уникальный путь в своих исследованиях и экспериментировал с разными подходами. Однако с тех пор большая часть этих усилий была прекращена.
МОЭК разработал уникальный микромеханический подход к производству канальных волноводов, которые можно легировать редкоземельными элементами в высоких концентрациях. [2] Они смогли разрезать, полировать и склеивать прямые участки канальных волноводов различной длины (обычно несколько сантиметров) и поперечного сечения (обычно несколько десятков микрон). Эти волноводы обычно характеризовались относительно большими площадями поперечного сечения и высоким контрастом показателей. В результате, в отличие от одномодовых волокон, они были многомодовыми и могли поддерживать несколько оптических мод с одинаковой длиной волны и поляризацией. Основным способом ввода и вывода света из такого волновода было использование объемных оптических компонентов, таких как призмы, зеркала и линзы, что еще больше усложняло их использование в волоконно-оптических системах.
Компания Teem Photonics использовала процесс ионного обмена для изготовления канального волновода из фосфатного стекла, легированного редкоземельными элементами. [3] Полученные волноводы обычно представляли собой одномодовые волноводы, которые можно было легко интегрировать с другими оптоволоконными компонентами. Кроме того, в одну схему можно было интегрировать несколько различных элементов, в том числе блоки усиления, разветвители, разветвители и другие. [4] Однако из-за относительно низкого контраста показателей преломления между сердечником и оболочкой в этих волноводах выбор оптических элементов, которые можно было изготовить на такой платформе, был довольно ограничен, и размер получаемой схемы имел тенденцию быть большим, т.е. сравнимым с тогдашним размером. доступны оптоволоконные аналоги.
Bell Labs применила еще один подход к созданию EDWA, используя так называемую технологию «кремниевой оптической скамьи». [5] Они экспериментировали с различными составами стекла, включая алюмосиликатное, фосфатное, натронно-известковое и другие, которые можно было наносить тонкими слоями поверх кремниевых подложек. [6] Впоследствии с использованием фотолитографии и различных методов травления можно было формировать различные волноводы и волноводные схемы. Bells Labs успешно продемонстрировала не только высокий коэффициент усиления, но и возможность интеграции в одной схеме активных и пассивных элементов планарного волновода, например, блока усиления и ответвителя накачки. [7]
Спустя годы
[ редактировать ]Усилия по коммерческому развитию EDWA активизировались в 2000-х годах, когда к гонке присоединилась компания Inplane Photonics. [8] В целом их подход был аналогичен подходу Bell Labs, то есть технологии кремний-кремний. Однако Inplane Photonics удалось еще больше улучшить и расширить возможности этой технологии, объединив два-три разных типа волноводов на одном кристалле. [9] Эта особенность позволила им монолитно интегрировать блоки усиления (активные волноводы, обеспечивающие усиление) с различными пассивными элементами, такими как ответвители, массивные волноводные решетки (AWG), оптические ответвители, поворотные зеркала и так далее. Некоторые из передовых фотонных схем Inplane Photonics, содержащих EDWA, использовались компанией Lockheed Martin при разработке новых высокоскоростных бортовых систем связи для ВВС США. [10] Inplane Photonics и ее технология позже были приобретены CyOptics. [11]
Сравнение EDWA и EDFA
[ редактировать ]EDWA и EDFA трудно сравнивать без надлежащего контекста. Можно проанализировать как минимум три различных сценария или варианта использования: (1) автономные усилители, (2) автономные лазеры и (3) интегрированные компоненты.
Автономные усилители
[ редактировать ]EDWA обычно характеризуются более высокими концентрациями эрбия и фоновыми потерями, чем обычные EDFA. Это приводит к относительно более высоким показателям шума и более низкой мощности насыщения, хотя различия могут быть очень небольшими, иногда составляющими доли дБ ( децибел ). [12] Таким образом, для требовательных приложений, где важно минимизировать шум и максимизировать выходную мощность, EDFA может быть предпочтительнее EDWA. Однако, если физический размер устройства является ограничением, лучшим выбором может быть EDWA или массив EDWA.
Автономные лазеры
[ редактировать ]Оптический усилитель может использоваться как часть лазера, например волоконного лазера . Некоторые параметры, такие как коэффициент шума, менее важны для этого приложения, поэтому использование EDWA вместо EDFA может быть выгодным. Лазеры на основе EDWA могут быть более компактными и более тесно интегрированными с другими лазерными компонентами и элементами. Эта особенность позволяет создавать очень необычные лазеры, которые трудно реализовать другими способами, как продемонстрировала исследовательская группа Массачусетского технологического института, создавшая очень компактный фемтосекундный лазер с очень высокой частотой повторения. [13]
Интегрированные компоненты
[ редактировать ]Оптический усилитель также может использоваться в качестве компонента более крупной системы для компенсации оптических потерь от других компонентов этой системы. Технология EDWA позволяет потенциально создать целую систему с использованием одной интегральной оптической схемы, как в системе на кристалле. [14] а не сборку отдельных волоконно-оптических компонентов. В таких системах EDWA может иметь преимущество перед решениями на основе EDFA благодаря меньшему размеру и потенциально более низкой стоимости.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «EDWA: новый претендент на оптическое усиление» . www.fiberopticsonline.com . Проверено 10 апреля 2017 г.
- ^ «Волноводный усилитель оптического канала» . 23 сентября 1998 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «ТИМ ФОТОНИКА | Главная» . www.teemphotonics.com . Проверено 11 апреля 2017 г.
- ^ «Устройство и способ создания интегрированных фотонных устройств, обладающих избирательностью по усилению и длине волны» . 27 ноября 2001 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Блондер, GE (1 ноября 1990 г.). «Исследование на кремниевом оптическом стенде в лабораториях AT&T Bell». ЛЕОС '90. Материалы конференции Ежегодное собрание Общества лазеров и электрооптики IEEE, 1990 г. стр. 350–353. дои : 10.1109/LEOS.1990.690603 . ISBN 978-0-87942-550-0 . S2CID 118002008 .
- ^ Хелен, Маркус П.; Кокрофт, Найджел Дж.; Госнелл, TR; Брюс, Аллан Дж. (1997). «Спектроскопические свойства Er3+- и Yb3+-легированных натриево-известково-силикатных и алюмосиликатных стекол» . Физический обзор B . 56 (15): 9302–9318. Бибкод : 1997PhRvB..56.9302H . дои : 10.1103/physrevb.56.9302 .
- ^ Шмулович Ю.; Брюс, Эй Джей; Ленц, Г.; Хансен, ПБ; Нильсен, Теннесси; Мюльнер, диджей; Богерт, Джорджия; Бренер, И.; Ласковски, Э.Дж. (1 февраля 1999 г.). «Интегрированный усилитель планарного волновода с чистым усилением 15 дБ на длине волны 1550 нм». ОФК/ИООК. Технический дайджест. Конференция по оптоволоконной связи, 1999 г., и Международная конференция по интегрированной оптике и оптоволоконной связи . Том. Добавка. С. ПД42/1–ПД42/3 Доп. Бибкод : 1999OptPN..10Q..50S . дои : 10.1109/OFC.1999.766203 . S2CID 15101065 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Inc., Inplane Photonics. «Inplane Photonics представляет первый в отрасли усиленный настраиваемый компенсатор дисперсии» . www.prnewswire.com . Проверено 11 апреля 2017 г.
{{cite web}}:|last=имеет общее имя ( справка ) - ^ Фролов, С.В. (01.03.2006). «Проектирование и интеграция волноводного усилителя». 2006 Конференция по оптоволоконной связи и Национальная конференция инженеров по оптоволокну . стр. 3 стр.–. дои : 10.1109/OFC.2006.215353 . ISBN 978-1-55752-803-2 . S2CID 44189860 .
- ^ «Inplane Photonics получила контракт с Lockheed Martin на усовершенствованную оптику» . www.businesswire.com (пресс-релиз) . Проверено 11 апреля 2017 г.
- ^ «CyOptics приобретает Inplane Photonics; расширяет производство фотонных интегральных схем» . www.militaryaerospace.com . Январь 2008 года . Проверено 11 апреля 2017 г.
- ^ Шмулович, Иосиф; Мюльнер, диджей; Брюс, Эй Джей; Делаво, Ж.-М.; Ленц, Г.; Гомес, Лейтенант; Ласковский, Э.Дж.; Паунеску, А.; Пафчек, Р. (12 июля 2000 г.). «Последние достижения в области волноводных усилителей, легированных эрбием» . Комплексные исследования фотоники (2000), Документ IWC4 . Оптическое общество Америки: IWC4. дои : 10.1364/IPR.2000.IWC4 . ISBN 978-1-55752-643-4 .
- ^ Бьюн, Х.; Пудо, Д.; Фролов С.; Ханджани, А.; Шмулович Ю.; Иппен, ЕП; Картнер, FX (1 июня 2009 г.). «Интегрированный фемтосекундный волноводный лазер с низким джиттером, частота 400 МГц». Письма IEEE Photonics Technology . 21 (12): 763–765. Бибкод : 2009IPTL...21..763B . дои : 10.1109/LPT.2009.2017505 . hdl : 1721.1/52360 . ISSN 1041-1135 . S2CID 2746357 .
- ^ «Приобретение технологии ПЛК «Кремний-на-Кремнии» расширяет набор инструментов CyOptics для фотонных интегральных схем» .