Войти
Волноводный усилитель, легированный эрбием (или EDWA ) является тип оптического усилителя. Он является близким родственником EDFA, волоконного усилителя, легированного эрбием, и фактически основные принципы работы EDWA идентичны принципам работы EDFA. Оба они могут использоваться для усиления инфракрасного света на длинах волн в диапазонах оптической связи между 1500 и 1600 нм. Однако, в то время как EDFA изготавливается с использованием отдельно стоящего волокна, EDWA обычно производится 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 способности тесно интегрироваться с другими оптическими компонентами на той же планарной подложке, что делает ненужным EDFA.
Ранняя разработка EDWA была мотивирована обещанием (или надеждой), что он может поставлять меньшие и более дешевые компоненты, чем те, которые доступны с EDFA. Разработка волноводных усилителей, наряду с другими типами оптических усилителей, пережила очень быстрый рост в течение 1990-х годов. Несколько исследовательских лабораторий, частных компаний и университетов приняли участие в этой работе, сосредоточив внимание на разработке основных материаловедения, 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. Каждый из них выбрал уникальный путь в своих исследованиях и экспериментировал с разными подходами. Однако с тех пор большая часть этих усилий была прекращена.
MOEC разработала уникальный микромеханический подход к созданию канальных волноводов, которые могут быть легированы редкоземельными элементами в высоких концентрациях. Они могли вырезать, 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 показателем контрастности. В результате, в отличие от одномодовых волокон, они были многомодовыми и могли поддерживать несколько оптических режимов на одной длине волны и поляризации. Основным способом ввода и вывода света в такой волновод было использование объемных оптических компонентов, таких как призмы, зеркала и линзы, что еще больше усложняло их использование в волоконно-оптических системах.
Teem Photonics использовала процесс ионного обмена для создания волновода канала в фосфатном стекле, легированном редкоземельными элементами. Полученные волноводы обычно были одномодовыми волноводами, которые можно было легко интегрировать с другими волоконно-оптическими компонентами. Кроме того, в одну схему можно интегрировать несколько различных элементов, включая блоки усиления, ответвители, разветвители и другие. Однако из-за относительно низкого контраста показателей преломления между сердцевиной и оболочкой в этих волноводах выбор оптических элементов, которые могут быть изготовлены на такой платформе, был довольно ограничен, и результирующий размер схемы имел тенденцию быть большим, т.е. Доступны оптоволоконные аналоги.
Bell Labs применила еще один подход к созданию EDWA, используя технологию так называемого «кремниевого оптического стенда». Они экспериментировали с различными составами стекла, включая алюмосиликат, фосфат, натронную известь и другие, которые можно было наносить тонкими слоями поверх кремниевых подложек. Впоследствии с помощью фотолитографии и различных методов травления могут быть сформированы различные волноводы и волноводные схемы. Bells Labs успешно продемонстрировала не только усиление с высоким коэффициентом усиления, но и возможность интеграции активных и пассивных элементов планарного волновода, например блок усиления и соединитель насоса в одной цепи.
Коммерческие разработки EDWA активизировались в 2000-х, когда к гонке присоединилась Inplane Photonics. В целом их подход был аналогичен подходу Bell Labs, то есть технологии кремнезема на кремнии. Однако Inplane Photonics смогла еще больше улучшить и расширить возможности этой технологии за счет интеграции двух-трех разных типов волноводов на одном чипе. Эта функция позволила им монолитно интегрировать блоки усиления (активные волноводы, обеспечивающие усиление) с различными пассивными элементами, такими как ответвители, массивные волноводные решетки (AWG), оптические отводы, поворотные зеркала и так далее. Некоторые из передовых фотонных схем Inplane Photonics, содержащие EDWA, были использованы Lockheed Martin при разработке новых высокоскоростных бортовых систем связи для ВВС США. Inplane Photonics и ее технология позже были приобретены CyOptics.
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.
EDWA обычно характеризуются более высокими концентрациями эрбия и фоновыми потерями, чем в обычных EDFA. Это приводит к относительно более высоким коэффициентам шума и более низкой мощности насыщения, хотя различия могут быть очень небольшими, иногда составляя доли дБ (децибел ). 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, то EDWA или массив EDWA могут быть лучшим выбором.
Оптический усилитель может использоваться как часть лазера, например волоконный лазер. Некоторые параметры, такие как коэффициент шума, менее актуальны для этого приложения, и 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, которая создала очень компактный фемтосекундный лазер с очень высокой частотой повторения.
Оптический усилитель может также использоваться в качестве компонента в более крупной системе для компенсации оптических потерь от других компонентов в этой системе. Технология EDWA позволяет потенциально создавать целую систему, используя единую интегральную оптическую схему, как в системе на кристалле, а не сборку отдельных волоконно-оптических компонентов. В таких системах EDWA может иметь преимущество перед решениями на основе EDFA из-за меньшего размера и потенциально более низкой стоимости.
