EDFA ar erbiju leģēta šķiedru pastiprinātāja princips un pielietojums

Princips un piemērošanaEDFA ar erbiju leģēts šķiedru pastiprinātājs

Pamata struktūraEDFAErbija piedevu šķiedras pastiprinātājs, kas galvenokārt sastāv no aktīvas vides (desmitiem metru garas piedevu kvarca šķiedras, serdes diametrs 3–5 mikroni, piedevu koncentrācija (25–1000)x10⁻⁶), sūknēšanas gaismas avota (990 vai 1480 nm LD), optiskā savienotāja un optiskā izolatora. Signālgaisma un sūknēšanas gaisma erbija šķiedrā var izplatīties vienā virzienā (kopīga sūknēšana), pretējā virzienā (apgrieztā sūknēšana) vai abos virzienos (divvirzienu sūknēšana). Kad signālgaisma un sūknēšanas gaisma vienlaikus tiek ievadīta erbija šķiedrā, erbija jons sūknēšanas gaismas iedarbībā tiek ierosināts līdz augstam enerģijas līmenim (trīs līmeņu sistēma) un drīz vien sabrūk līdz metastabilam līmenim. Kad tas atgriežas pamatstāvoklī krītošās signālgaismas iedarbībā, tiek izstarots signālgaismai atbilstošais fotons, tādējādi signāls tiek pastiprināts. Tā pastiprinātās spontānās emisijas (ASE) spektram ir liels joslas platums (līdz 20–40 nm) un divi maksimumi, kas atbilst attiecīgi 1530 nm un 1550 nm.

Galvenās priekšrocībasEDFA pastiprinātājsir augsts pastiprinājums, liels joslas platums, augsta izejas jauda, ​​augsta sūknēšanas efektivitāte, zemi ievietošanas zudumi un nejutīgums pret polarizācijas stāvokļiem.

Erbija dopēta šķiedru pastiprinātāja darbības princips

Erbija leģēts šķiedru pastiprinātājs (EDFA optiskais pastiprinātājs) galvenokārt sastāv no ar erbiju leģētas šķiedras (apmēram 10–30 m garas) un sūknējoša gaismas avota. Darbības princips ir tāds, ka ar erbiju leģēta šķiedra sūknējamā gaismas avota (viļņa garums 980 nm vai 1480 nm) iedarbībā ģenerē stimulētu starojumu, un izstarotā gaisma mainās līdz ar ieejas gaismas signāla izmaiņām, kas ir līdzvērtīga ieejas gaismas signāla pastiprināšanai. Rezultāti liecina, ka ar erbiju leģēta šķiedras pastiprinātāja pastiprinājums parasti ir 15–40 dB, un releja attālumu var palielināt par vairāk nekā 100 km. Tāpēc cilvēki nevar nejautāt: kāpēc zinātnieki iedomājās izmantot leģētu erbiju šķiedras pastiprinātājā, lai palielinātu gaismas viļņu intensitāti? Mēs zinām, ka erbijs ir retzemju elements, un retzemju elementiem ir savas īpašas strukturālās īpašības. Retzemju elementu leģēšana optiskajās ierīcēs jau ilgu laiku tiek izmantota, lai uzlabotu optisko ierīču veiktspēju, tāpēc tas nav nejaušs faktors. Turklāt, kāpēc sūkņa gaismas avota viļņa garums ir izvēlēts 980 nm vai 1480 nm? Patiesībā sūkņa gaismas avota viļņa garums var būt 520 nm, 650 nm, 980 nm un 1480 nm, taču prakse ir pierādījusi, ka 1480 nm sūkņa gaismas avota lāzera efektivitāte ir visaugstākā, kam seko 980 nm sūkņa gaismas avota viļņa garums.

Fiziskā struktūra

Erbija leģētā šķiedras pastiprinātāja (EDFA optiskā pastiprinātāja) pamatstruktūra. Ieejas galā un izejas galā ir izolators, kura mērķis ir nodrošināt optiskā signāla vienvirziena pārraidi. Sūkņa ierosinātāja viļņa garums ir 980 nm vai 1480 nm, un tas tiek izmantots enerģijas nodrošināšanai. Savienotāja funkcija ir savienot ieejas optisko signālu un sūkņa gaismu ar erbija leģēto šķiedru un pārnest sūkņa gaismas enerģiju uz ieejas optisko signālu, izmantojot erbija leģētās šķiedras darbību, lai panāktu ieejas optiskā signāla enerģijas pastiprināšanu. Lai iegūtu lielāku izejas optisko jaudu un zemāku trokšņa indeksu, praksē izmantotais erbija leģētais šķiedras pastiprinātājs izmanto divu vai vairāku sūkņa avotu struktūru ar izolatoriem vidū, lai izolētu vienu otru. Lai iegūtu platāku un plakanāku pastiprinājuma līkni, tiek pievienots pastiprinājuma saplacināšanas filtrs.

EDFA sastāv no piecām galvenajām daļām: ar erbiju leģētas šķiedras (EDF), optiskā savienotāja (WDM), optiskā izolatora (ISO), optiskā filtra un sūknēšanas barošanas avota. Visbiežāk izmantotie sūknēšanas avoti ir 980 nm un 1480 nm, un šiem diviem sūknēšanas avotiem ir augstāka sūknēšanas efektivitāte un tie tiek izmantoti biežāk. 980 nm sūknēšanas gaismas avota trokšņa koeficients ir zemāks; 1480 nm sūknēšanas gaismas avotam ir augstāka sūknēšanas efektivitāte un tas var iegūt lielāku izejas jaudu (apmēram par 3 dB augstāku nekā 980 nm sūknēšanas gaismas avots).

priekšrocība

1. Darbības viļņa garums atbilst viena režīma šķiedras minimālajam vājināšanās logam.

2. Augsta savienošanas efektivitāte. Tā kā tas ir šķiedru pastiprinātājs, to ir viegli savienot ar pārraides šķiedru.

3. Augsta enerģijas konversijas efektivitāte. EDF kodols ir mazāks nekā pārraides šķiedrai, un signāla gaisma un sūkņa gaisma EDF tiek pārraidīta vienlaicīgi, tāpēc optiskā kapacitāte ir ļoti koncentrēta. Tas padara gaismas un pastiprinājuma vides Er jonu mijiedarbību ļoti pilnīgu, un atbilstošs erbija piedevu šķiedras garums nodrošina augstu gaismas enerģijas konversijas efektivitāti.

4. Augsts pastiprinājums, zems trokšņu indekss, liela izejas jauda, ​​zema šķērsruna starp kanāliem.

5. Stabilas pastiprināšanas raksturlielumi: EDFA nav jutīga pret temperatūru, un pastiprinājumam ir maza korelācija ar polarizāciju.

6. Pastiprinājuma funkcija nav atkarīga no sistēmas bitu pārraides ātruma un datu formāta.

trūkums

1. Nelineārs efekts: EDFA pastiprina optisko jaudu, palielinot šķiedrā ievadīto optisko jaudu, bet jo lielāks, jo labāk. Palielinot optisko jaudu līdz noteiktam līmenim, rodas optiskās šķiedras nelineārais efekts. Tāpēc, izmantojot optiskās šķiedras pastiprinātājus, jāpievērš uzmanība vienkanāla ienākošās šķiedras optiskās jaudas kontroles vērtībai.

2. Pastiprinājuma viļņa garuma diapazons ir fiksēts: C joslas EDFA darba viļņa garuma diapazons ir 1530 nm ~ 1561 nm; L joslas EDFA darba viļņa garuma diapazons ir 1565 nm ~ 1625 nm.

3. Nevienmērīgs pastiprinājuma joslas platums: EDFA ar erbiju leģēta šķiedru pastiprinātāja pastiprinājuma joslas platums ir ļoti plašs, taču paša EDF pastiprinājuma spektrs nav vienmērīgs. Lai izlīdzinātu pastiprinājumu WDM sistēmā, jāizmanto pastiprinājuma saplacināšanas filtrs.

4. Gaismas pārsprieguma problēma: Kad gaismas ceļš ir normāls, signāla gaisma aiznes prom sūkņa gaismas ierosinātos erbija jonus, tādējādi pabeidzot signāla gaismas pastiprināšanu. Ja ieejas gaisma ir nošķelta, jo metastabilie erbija joni turpina uzkrāties, pēc signāla gaismas ieejas atjaunošanas enerģija palielinās, kā rezultātā rodas gaismas pārspriegums.

5. Optiskā pārsprieguma risinājums ir realizēt automātiskās optiskās jaudas samazināšanas (APR) vai automātiskās optiskās barošanas izslēgšanas (APSD) funkciju EDFA, tas ir, EDFA automātiski samazina jaudu vai automātiski izslēdz barošanu, ja nav ieejas gaismas, tādējādi novēršot pārsprieguma parādības rašanos.

Lietojumprogrammas režīms

1. Pastiprinātājs tiek izmantots, lai pastiprinātu vairāku viļņu garuma signālu jaudu pēc pastiprinātāja viļņa un pēc tam tos pārraidītu. Tā kā signāla jauda pēc pastiprinātāja viļņa parasti ir liela, jaudas pastiprinātāja trokšņa indekss un pastiprinājums nav ļoti augsts. Tam ir relatīvi liela izejas jauda.

2. Līnijas pastiprinātājs pēc jaudas pastiprinātāja tiek izmantots, lai periodiski kompensētu līnijas pārraides zudumus, kam parasti ir nepieciešams relatīvi mazs trokšņu indekss un liela izejas optiskā jauda.

3. Priekšpastiprinātājs: Tas atrodas pirms sadalītāja un pēc līnijas pastiprinātāja, lai pastiprinātu signālu un uzlabotu uztvērēja jutību (ja optiskā signāla un trokšņa attiecība (OSNR) atbilst prasībām, lielāka ieejas jauda var nomākt paša uztvērēja troksni un uzlabot uztveršanas jutību), un trokšņa indekss ir ļoti mazs. Izejas jaudai nav lielu prasību.