Aralashmali tolali optik kuchaytirgichning

ish mexanizmi

|
Aralashmali tolali optik kuchaytirgichning
ish mexanizmi
|
bet | 69/160 | Sana | 13.01.2024 | Hajmi | 1 Mb. | | #136728 |
Bog'liq Optik aloqa asoslari (N.Yusupov, R.Isayev)Aralashmali tolali optik kuchaytirgichning
ish mexanizmi
Aralashmali tolali optik kuchaytirgichlarning ish prinsipini bu turdagi qurilmalar ichida keng tarqalgan erbiy ionlari bilan legirlangan tolali kuchaytirgich misolida batafsil ko‘rib chiqamiz. Bu turdagi optik kuchaytirgichlarni horijiy nashrlarda EDFA kuchaytirgichlari deb yuritiladi.
rasmda kvars tolasi tarkibidagi erbiy ionlari (Er+3) ning energetik sathlari majmuyi keltirilgan. Bu sathlar 1-asosiy barqaror sathning va 2-o‘ta barqaror va 3-barqaror qo‘zg‘algan sathlarning Shtark effekti hisobiga (ya’ni kuchli elektr maydoni ta’siridagi) va atomlarning tebranma harakati tufayli ajralishi natijasida hosil bo‘ladi.
Energetik diagrammada elektronlarning qo‘zg‘algan energetik sathlardagi o‘rtacha yashash vaqti ham ko‘rsatilgan.
5.2-rasm. Kvars tolasi tarkibidagi erbiy ionlari (Er+3)ning energetik sathlari majmuasi
161
www.ziyouz.com kutubxonasi
Shu o‘rinda elektronlarning 2-o‘ta barqaror va 3-barqaror energetik sathlarning turli sathchalaridagi yashash vaqti turlicha bo'lishini, bu vaqt elektron yadrodan uzoqlashgani sari, boshqacha aytganda, sathchalar energiyasining ortishi bilan kamayib borishini va energetik sathlarning eng yuqori sathchasi uchun eng kichik qiymatga ega bo‘lishini ta’kidlash joiz.
Chizmalardan ko'rinadiki, 1-asosiy barqaror va 2-o‘ta barqaror sathlar ikki sathli tizimini, 1-asosiy va 2-3-qo‘zg‘algan energetik sathlar esa uch sathli energetik tizimni hosil qiladi.
Awaliga ikki energetik sathli damlash tizimidan, so'ngra uch energetik sathli damlash tizimidan foydalanishga asoslangan optik kuchaytirgichlarning ish mexanizmlarini ko‘rib chiqaylik.
Faraz qilaylik, erbiy ionili tola to‘lqin uzunligi 1480 nm ga teng yorug‘lik oqimi bilan yoritilgan bo‘Isin. Bu maqsadda mazkur to‘lqin uzunligidagi nurlanish manbayi — yarimo'tkazgichli lazerdan foydalanish mumkin. Natijada elektronlarning 1-asosiy sathdan 2-o‘ta barqaror sathning yuqori sathchasiga o‘tishi sodir bo'ladi. Chizmada ko'rsatilganidek, elektronlarning 2-o‘ta barqaror sathdagi o‘rtacha yashash vaqti — 10 ms ga teng, yuqorigi sathlarda esa bu vaqt bunga nisbatan juda kam. Shu sababdan elektron ixtiyoriy tarzda ushbu sathning yuqori sathchalaridan quyi sathchalariga o‘tadi va 10 ms davomida shu sathchalarda bo‘ladi. Elektronlarning yuqori sathchalardan quyi sathchalarga o‘tishi nisbatan past chastotali energetik yo‘qotishlar bilan yuz beradi.
Yashash vaqti davomida elektronlarning bir qismi 2-o‘ta barqaror sathning sathchalaridan tasodifiy tarzda asosiy sathga o‘tadi va bunda to‘lqin uzunligining 1530...1560 nm oralig‘ida, ya’ni ishchi diapazonda spontan nurlanish hosil bo‘ladi. Bu nurlanish barcha yo‘nalishlarda bir xil ehtimollik bilan yuz bergani uchun tolaning o‘zagi bilan uning faqat ozgina qismi yutiladi.
Biz yuqorida energetik o‘tishlar mexanizmini bitta atom uchun ko‘rib chiqdik. Biroq optik tolada bunday atomlarning soni juda ko‘p. Shu sababdan spontan tarzda vujudga kelgan fotonlardan harakat yo‘nalishi tola o‘zagi o‘qining yo‘nahshi bilan mos kelgan qismi o‘z yo'lida shunday atomlar bilan uchrashib, elektronlarning 2-o‘ta barqaror sathining sathchalaridan asosiy sathlariga o‘tishlarini vujudga keltiradi. Bunda aynan o‘xshash fotonlarning nurlanishi
162
www.ziyouz.com kutubxonasi
fazoda barcha yo‘nalishlar bo'yicha tekis taqsimlangan bo'lgani uchun tolada uning faqat 1 foizga yaqinigina yutiladi. Kuchaygan spontan nurlanish axborot tashishda ishtirok etmaydi va optik kuchaytirgichlar uchun shovqin vazifasini o‘taydi.
Elektronlarning bir sathdan boshqa sathga — yuqori sathdan quyi sathga yoki aksincha, quyi sathdan yuqori sathga o‘tishi statistik jarayon bo'lgani uchun o‘ta barqaror sathning barcha sathchalari turli darajada bo‘lsa-da, qo‘zg‘aladi. Natijada spontan nurlanish ancha keng diapazonda ro‘y beradi. Chunonchi, biz ko‘rayotgan 2-o‘ta barqaror sath uchun to‘lqin uzunliklarining bu diapazoni Д I = 80 nm ni tashkil qiladi.
Agar X = 1480 nm li to‘lqin uzunligida damlash yo‘li bilan olingan shunday teskari egallangan muhitga 1530...1560 nm to'lqin uzuntigidagi kogerent signal nurlanish bilan ta’sir etilsa, bu nurlanishning har bir fotoni o‘z energiyasini yo'qotgani holda elektronning 2-o‘ta barqaror sathdan 1-asosiy sathga majburiy o‘tishini yuzaga keltiradi. Bunday o‘tish natijasida aynan shunday chastota, qutblanish va tarqalish yo‘nalishiga ega bo‘lgan foton qo‘zg‘algan atomlar bilan uchrashib, ularning har biri o‘z energiyasini yo‘qotgani holda bittadan yangi foton hosil qiladi. Shunday qilib, bir xil chastotali, fazali va qutblanishli 4 ta foton hosil bo‘ladi. Bu fotonlar yangi fotonlarning vujudga kelishiga sabab bo'ladi. Shu tariqa signal nurlanishining kuchayishi sodir bo‘ladi.
Shuni ta’kidlash joizki, turli qo‘zg‘algan sathlardan asosiy barqaror sathga o‘tish ehtimolligi bir xil emas. Bu ehtimollik qo‘zg‘algan va asosiy barqaror sath o‘rtasidagi energetik oraliqning ortishi bilan ortib boradi. Shu sababdan nurlanish signalining kuchayishi diapazon bo‘yicha notekis tarzda ro‘y beradi.
rasm ikki sathli damlash tizimiga asoslangan erbiy ionili kuchaytirgich uchun kuchaytirish koeffitsiyenti К va nurlanish signali to'lqin uzunligi 1 orasidagi bog'lanishni ifodalovchi egri chiziq keltirilgan va u yuqorida keltirilgan mulohazalarni tasdiqlaydi.
Yuqorida qayd etilgan, 2-o‘ta barqaror sath bir qator sath- chalardan tarkib topadi. Shu sababdan bu sath 1480 nm to'lqin uzunligidagi damlash bilan qo‘zg‘atilganida kuchaytirgichning chiqishida katta qiymatli spontan nuralanish, ya’ni shovqin kuzatiladi. Spontan nurlanish — shovqin sathini kamaytirish uchun
163
www.ziyouz.com kutubxonasi
|
| |