Amplificateur optique
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2008-07-04T14:01:20Z
Mro
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en->fr [[:en:University of Southampton]]->[[Université de Southampton]]
{{voir homonymes|Amplificateur}}
En [[optique]], on appelle un '''[[amplificateur]] optique''', un dispositif qui amplifie un signal lumineux sans avoir besoin de le convertir d'abord en signal électrique avant de l'amplifier avec les techniques classiques de l'électronique.
== Amplificateurs à fibre ==
=== Amplificateur à fibre dopée ===
[[Image:Simple_edfa.jpg|thumb|rigth|300px|Diagramme schématique d'un amplificateur à fibre dopée]]Un amplificateur à fibre dopée fonctionne à la manière d'un [[laser]]. Une portion de fibre optique est [[Dopage (semi-conducteur)|dopée]] et est [[Pompage optique|pompée]] optiquement avec un laser afin de placer les ions de dopage dans un état excité. Lorsqu'un signal lumineux passe à travers ce morceau de fibre optique, il désexcite les ions par effet laser en produisant un photon en tout point identique au photon incident. Le signal lumineux a donc été doublé.
Par effet d'avalanche, l'amplification du signal se fait jusqu'à la sortie de la section dopée de la fibre optique.
==== Bruit dans les amplificateurs à fibre dopée ====
Les amplificateurs à fibre dopée sont sujet à un bruit qui est dû à la désexcitation spontanée des ions. Cette désexcitation produit des photons dans des directions aléatoires, mais seule la direction avant intervient dans le bruit final observé en sortie de fibre.
La dés-excitation dans les autres directions, notamment en sens inverse de la propagation normale du signal est également indésirable, car elle réduit le rendement de l'amplificateur en des-excitant des ions qui ne peuvent ainsi plus participer à l'amplification « utile » du signal.
Afin d'éviter un trop fort bruit d'amplification, on travaille à des gains modérés.
==== Effet de polarisation ====
Dans les amplificateur à fibre dopée, on peut mettre en évidence une différence d'amplification (<0.5dB) en fonction de la polarisation du signal incident.
==== Amplificateur à fibre dopée à l'erbium ====
[[Image:Erbium.png|thumbnail|right|320px|Amplification erbium]]
Les amplificateurs à fibre dopées à l'[[erbium]] sont les plus communs.
Les longueurs d'ondes de travail sont réparties en deux fenêtres. La bande ''Conventionnelle'' (d'où C-Band) entre {{unité|1525|nm}} et {{unité|1565|nm}} et la bande ''Longue'' (appelée L-Band) entre {{unité|1570|nm}} et {{unité|1610|nm}}. Ces deux bandes peuvent être indifféremment amplifiées par ce type d'amplificateur, mais on préfère souvent utiliser des amplificateurs optimisés pour chaque application.
La principale différence entre les amplificateurs pour bande C ou L est que pour la bande L, la longueur de fibre dopée est nettement plus longue, ce qui nécessite un pompage optique moins fort.
Il existe deux longueurs d'onde pour le [[pompage optique]] de ce type d'amplificateur : {{unité|980|nm}} et {{unité|1480|nm}}. La longueur d'onde de {{unité|980|nm}} est habituellement utilisée pour des équipements à faible bruit. Par contre, comme la fenêtre d'absoption est relativement étroite, on doit utiliser des sources lasers stabilisées. La fenêtre d'absorption de la longueur d'onde de {{unité|1480|nm}} est plus large et est habituellement utilisé pour des amplifications de plus forte puissance. Le pompage optique à ces deux longueurs d'ondes est habituellement utilisé en conjonction dans les systèmes.
Les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium ont été inventés par une équipe comprenant [[David Payne]] de [[Université de Southampton|University of Southampton]].
L''''EDFA'''<ref>[http://www.rp-photonics.com/erbium_doped_fiber_amplifiers.html rp-photonics.com, Dr. Rüdiger Paschotta, « Erbium-doped Fiber Amplifiers », ''Encyclopedia of Laser Physics and Technology'']</ref> est un amplificateur optique à fibre dopée aux ions erbium composé d'une petite longueur de fibre dopée aux ions Er3+. Le signal optique à amplifier ainsi que le laser pompe (apportant l'énergie) sont couplés dans la fibre dopée et émettent dans la même direction.
==== Amplificateurs pour d'autres longueurs d'ondes ====
Le [[thulium]] est utilisé comme dopant pour amplifier les signaux de entre 1450 et {{unité|1490|nm}} et le [[praséodyme]] pour les longueurs d'ondes d'environ {{unité|1300|nm}}. Toutefois, ces longueurs d'ondes n'ont pas connues un usage commercial significatif et n'ont pas permis un développement de ces amplificateurs comme les amplificateurs dopés à l'erbium.
=== Amplificateurs à effet Raman ===
[[Image:Raman.png|thumbnail|right|320px|Amplification Raman]]
Les amplificateurs Raman n'utilisent pas les transitions atomiques d'ions dopés terres-rares dans les fibres mais se basent sur un échange d'énergie par [[diffusion Raman]]. Ainsi, un faisceau laser pompe injecté dans la fibre va amplifier la lumière décalée vers les basses fréquences de {{unité|13.2|THz}}, valeur caractéristique de la silice. Pour les télécommunications optiques usuelles à {{unité|1550|nm}}, il faut donc utiliser un laser pompe autour de {{unité|1450|nm}}.
L'amplification Raman présente divers avantages. Elle ne nécessite pas de fibres spéciales et peut donc être utilisée directement dans les fibres de communication. De plus, l'amplification Raman introduit moins de bruit dans le signal amplifié. L'amplification Raman présente également des atouts non-négligeables dans les communications multiplexées en longueurs d'ondes car sa bande passante de gain est supérieure aux autres techniques d'amplification.
=== Amplificateurs paramétriques à fibre ===
== Amplificateurs à semi-conducteur ==
Les amplificateurs à semi-conducteurs ont la même structure qu'une diode laser de type [[Charles Fabry|Fabry]]-[[Alfred Perot|Perot]] mais sans les dispositifs de réflexions aux extrémités pour éviter l'effet laser dans ce type d'application.
Ce dispositif d'amplification est de petite taille et a l'avantage que le pompage est électrique (plus besoin de produire une lumière laser pour faire le pompage optique). La fabrication de ce type d'amplificateur est meilleur marché, mais a l'inconvénient d'introduire plus de bruit. Il a un gain plus modeste que les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium.
== Notes et références ==
<references />
{{portail physique}}
[[Catégorie:Instrument optique]]
[[Catégorie:Composant actif]]
[[de:Optischer Verstärker]]
[[en:Optical amplifier]]
[[es:Amplificador óptico]]
[[pl:Wzmacniacz optyczny]]