Poszukiwanie praktycznego zastosowania optycznych wzmacniaczy fazowych (PSA)
Wzmacniacze optyczne są niezbędnym elementem optycznych systemów komunikacji, ponieważ kompensują straty transmisyjnego przewodu światłowodowego, tym samym zapewniając integralność przesyłanych informacji. Ponieważ wzmacniacze fazowe (PSA) są koherentne, związki fazowe pomiędzy falami optycznymi na wejściu odgrywają tutaj kluczową rolę. PSA posiadają unikalne właściwości, lepsze w porównaniu z jakimkolwiek innym typem wzmacniaczy optycznych. W szczególności obejmują one potencjał do bezgłośnej pracy, bardzo szerokie pasmo optyczne oraz możliwość wykorzystania gamy ultraszybkich, w pełni optycznych funkcji. W dziedzinie komunikacji istnieje pilna potrzeba opracowania nowych technologii, które będą w stanie przełamać „nieliniową granicę wydajności Shannona”, która stanowi poważną barierę, uniemożliwiającą osiągnięcie stałego wzrostu wydajności, wymaganego, aby spełnić rosnące zapotrzebowanie pod względem przepustowości. Mimo że według przewidywań PSA staną się kluczową częścią tego rozwoju, zanim będą mogły zostać wykorzystane w telekomunikacji i innych potencjalnych zastosowaniach, konieczne będzie zmierzenie się z kilkoma istotnymi wyzwaniami. Pokonywanie wyzwań Naukowcy z finansowanego ze środków UE projektu PSOPA podjęli się sprostania tym wyzwaniom. Jednym z nich jest na przykład niepożądane nieliniowe zjawisko wymuszonego rozpraszania Brillouina, które ogranicza ilość energii optycznej, jaka można zostać wprowadzona do przewodu światłowodowego. „Pomimo że istnieją techniki zwiększające próg tego efektu, wiążą się one ze spadkami wydajności” - mówi koordynator projektu Peter Andrekson. „Opracowaliśmy rozwiązanie oparte na rozciąganiu odcinków przewodów światłowodowych za pomocą izolatorów optycznych umieszczanych pomiędzy nimi, co pozwoliło nam zwiększyć próg o więcej niż jeden rząd wielkości bez spadku wydajności”. Innym wyzwaniem, z którym postanowili zmierzyć się naukowcy z projektu PSOPA była potrzeba stworzenia cichej fali o wysokiej wydajności w każdym z PSA znajdujących się w systemie transmisji. „Aby to osiągnąć, wdrożyliśmy w pełni optyczną technikę, aby odzyskać słabą falę dla PSA za pomocą tak zwanej blokady iniekcji, co pokazuje, że ta technika jest bardzo obiecująca w zakresie utrzymywania wydajności PSA w systemie” - wyjaśnia Andrekson. W ramach projektu PSOPA zajęto się również wyzwaniami w zakresie inżynierii. „Zrobiliśmy postępy w kierunku stworzenia nowej kompaktowej platformy, która umożliwi wdrożenie PSA za pomocą nieliniowych falowodów z azotku krzemu” - powiedział Andrekson. „Pomimo że zdolność nieliniowego wzmacniania tych chipów wciąż musi zostać udowodniona, rozwiązanie to wciąż pozostaje obiecującą platformą, ponieważ może zostać wdrożone w szerokim zakresie pracujących falowników, ułatwiając tym samym tworzenie zastosowań nie związanych z telekomunikacją”. Andrekson dodaje, że połączenie bardzo niskiego poziomu hałasu PSA ze zdolnością do ograniczania nieliniowości transmisji światłowodowej, które zostały odkryte w toku niniejszego projektu, zostały po raz pierwszy zbadane eksperymentalnie w systemie światłowodowych dalekiego zasięgu. „Eksperymenty te wykazały znaczne wydłużenie zasięgu transmisji, osiągając zasięg trzy razy większy niż jest możliwy do osiągnięcia za pomocą konwencjonalnych wzmacniaczy” - mówi. Potencjał komercyjny Andrekson wspomina również, że rozwiązania te umożliwiły PSOPA wykorzystanie PSA w osiągnięciu rekordowo wysokiej wrażliwości w łączach optycznych przestrzeni swobodnej. „Osiągnęliśmy taki rezultat na bardzo późnym etapie projektu i prowadzimy bardzo intensywne prace z tym związane” - mówi Andrekson. „Jest to prawdopodobnie najbardziej obiecujący aspekt projektu pod względem komercyjnym, jako że potencjalne zastosowania obejmują możliwość wykorzystania w technikach komunikacji optycznej w przestrzeni swobodnej bardzo dalekiego zasięgu”- niezbędnych do wysyłania wiadomości na księżyc lub Marsa. Projekt obecnie omawiany jest z firmami i agencjami kosmicznymi, włącznie z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA).
Słowa kluczowe
PSOPA, PSA, komunikacja optyczna, wzmacniacze fazowe
