Erbiumdopad vågledarförstärkare
En erbiumdopad vågledarförstärkare (eller EDWA ) är en typ av optisk förstärkare förstärkt med erbium . Det är en nära släkting till en EDFA , erbiumdopad fiberförstärkare, och i själva verket är EDWA:s grundläggande funktionsprinciper identiska med EDFA:s. Båda kan användas för att förstärka infrarött ljus vid våglängder i optiska kommunikationsband mellan 1500 och 1600 nm. Men medan en EDFA tillverkas med hjälp av en fristående fiber, produceras en EDWA vanligtvis på ett plant substrat, ibland på sätt som liknar de metoder som används vid tillverkning av elektroniska integrerade kretsar. Därför ligger den största fördelen med EDWA framför EDFA i deras potential att integreras intimt med andra optiska komponenter på samma plana substrat och därmed göra EDFA onödiga.
Tidig utveckling
Den tidiga EDWA-utvecklingen motiverades av ett löfte (eller ett hopp) att den kan leverera mindre och billigare komponenter än de som kan uppnås med EDFA. Utvecklingen av vågledarförstärkare, tillsammans med andra typer av optiska förstärkare, upplevde en mycket snabb tillväxt under 1990-talet. Flera forskningslabb, privata företag och universitet deltog i detta arbete genom att fokusera på att utarbeta den grundläggande materialvetenskap som är nödvändig för deras tillverkning. De inkluderade Bell Laboratories (Lucent Technologies, USA), Teem Photonics (Meylan, Frankrike), Molecular OptoElectronics Corp. (New York, USA) och några andra. Var och en av dem tog en unik väg i sin forskning och experimenterade med olika tillvägagångssätt. De flesta av dessa ansträngningar sedan dess har dock avbrutits.
MOEC utvecklade en unik mikromekanisk metod för att producera kanalvågledare som kan dopas med sällsynta jordartsmetaller i höga koncentrationer. De kunde skära, polera och limma ihop raka sektioner av kanalvågledare av varierande längd (typiskt några centimeter) och tvärsnitt (vanligtvis några tiotals mikron). Dessa vågledare karakteriserades vanligtvis av relativt stora tvärsnittsareor och hög indexkontrast. Som ett resultat, till skillnad från singelmodsfibrer, var de multimode och kunde upprätthålla flera optiska moder vid samma våglängd och polarisation. Det primära sättet att koppla ljus in och ut ur en sådan vågledare var att använda optiska bulkkomponenter, såsom prismor, speglar och linser, vilket ytterligare komplicerade deras användning i fiberoptiska system.
Teem Photonics använde en jonbytesprocess för att producera en kanalvågledare i ett sällsynt jordartsmetalldopat fosfatglas. Resulterande vågledare var typiskt enkelmodsvågledare, som lätt kunde integreras med andra fiberoptiska komponenter. Dessutom skulle flera olika element kunna integreras i en krets, inklusive förstärkningsblock, kopplare, splitter och andra. Men på grund av en relativt låg brytningsindexkontrast mellan kärnan och beklädnaden i dessa vågledare var urvalet av optiska element som kan produceras på en sådan plattform ganska begränsat och den resulterande kretsstorleken tenderade att vara stor, dvs jämförbar med dåvarande tillgängliga fiberoptiska motsvarigheter.
Bell Labs tog ännu ett tillvägagångssätt för att göra EDWA:er genom att använda en så kallad "silikon optisk bänk"-teknik. De experimenterade med olika glassammansättningar, inklusive aluminosilikat, fosfat, soda-kalk och andra, som kunde avsättas som tunna lager ovanpå kiselsubstrat. Olika vågledare och vågledarkretsar kan därefter bildas med hjälp av fotolitografi och olika etsningstekniker. Bells Labs visade framgångsrikt inte bara högförstärkningsförstärkning, utan också förmågan att integrera aktiva och passiva plana vågledarelement, t.ex. ett förstärkningsblock och en pumpkopplare, i samma krets.
Senare år
Kommersiella EDWA-utvecklingsinsatser intensifierades under 2000-talet när Inplane Photonics gick med i loppet. Generellt sett liknade deras tillvägagångssätt Bell Labs, dvs kisel-på-kisel-tekniken. Inplane Photonics kunde dock ytterligare förbättra och utöka kapaciteten hos denna teknik genom att integrera två till tre olika vågledartyper på samma chip. Denna funktion gjorde det möjligt för dem att monolitiskt integrera förstärkningsblock (aktiva vågledare som ger förstärkning) med olika passiva element, såsom kopplare, arrayed waveguide gitter (AWG), optiska uttag, vridande speglar och så vidare. Några av avancerade Inplane Photonics fotoniska kretsar som innehåller EDWA användes av Lockheed Martin i deras utveckling av nya höghastighetskommunikationssystem ombord för det amerikanska flygvapnet. Inplane Photonics och dess teknologi förvärvades senare av CyOptics.
Jämförelse mellan EDWA och EDFA
EDWA och EDFA är svåra att jämföra utan ett ordentligt sammanhang. Minst tre olika scenarier eller användningsfall kan analyseras: (1) fristående förstärkare, (2) fristående lasrar och (3) integrerade komponenter.
Fristående förstärkare
EDWA kännetecknas vanligtvis av högre erbiumkoncentrationer och bakgrundsförluster än de i vanliga EDFA. Dessa leder till relativt högre brussiffror och lägre mättnadseffekter, även om skillnaderna kan vara mycket små och ibland uppgå till en bråkdel av dB ( decibel ). För krävande tillämpningar, där det är viktigt att minimera brus och maximera uteffekten, kan en EDFA vara att föredra framför en EDWA. Men om den fysiska storleken på en enhet är en begränsning kan en EDWA eller en EDWA-array vara ett bättre val.
Fristående lasrar
En optisk förstärkare kan användas som en del av en laser, t.ex. en fiberlaser . Vissa parametrar, såsom brussiffran, är mindre relevanta för denna applikation och därför kan det vara fördelaktigt att använda en EDWA istället för en EDFA. EDWA-baserade lasrar kan vara mer kompakta och mer tätt integrerade med andra laserkomponenter och element. Den här funktionen gör att man kan skapa mycket ovanliga lasrar som är svåra att implementera på andra sätt, vilket visades av en MIT-forskargrupp, som producerade en mycket kompakt femtosekundlaser med en mycket snabb repetitionshastighet.
Integrerade komponenter
En optisk förstärkare kan också användas som en komponent i ett större system för att kompensera optiska förluster från andra komponenter i det systemet. EDWA-tekniken gör det möjligt att producera ett helt system med en enda integrerad optisk krets, som i ett system-på-ett-chip, snarare än en sammansättning av individuella fiberoptiska komponenter. I sådana system kan EDWA ha en fördel gentemot EDFA-baserade lösningar, på grund av den mindre storleken och potentiellt lägre kostnaden.