Zasada i zastosowanieWzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem EDFA
Podstawowa strukturaEDFAwzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem, który składa się głównie z ośrodka czynnego (dziesiątki metrów długości domieszkowanego włókna kwarcowego, średnica rdzenia 3-5 mikronów, stężenie domieszkowania (25-1000)x10-6), źródła światła pompującego (990 lub 1480 nm LD), sprzęgacza optycznego i izolatora optycznego. Światło sygnałowe i światło pompujące mogą rozprzestrzeniać się w tym samym kierunku (współpompowanie), w przeciwnym kierunku (pompowanie odwrotne) lub w obu kierunkach (pompowanie dwukierunkowe) w włóknie erbowym. Gdy światło sygnałowe i światło pompujące są wstrzykiwane do włókna erbowego w tym samym czasie, jon erbu jest wzbudzany do wysokiego poziomu energetycznego (system trójpoziomowy) pod działaniem światła pompującego i wkrótce rozpada się do poziomu metastabilnego. Gdy powraca do stanu podstawowego pod działaniem padającego światła sygnałowego, emitowany jest foton odpowiadający światłu sygnałowemu, dzięki czemu sygnał jest wzmacniany. Jego wzmocnione widmo emisji spontanicznej (ASE) charakteryzuje się szeroką szerokością pasma (do 20–40 nm) i dwoma pikami odpowiadającymi odpowiednio 1530 nm i 1550 nm.
Główne zaletyWzmacniacz EDFAcharakteryzują się dużym wzmocnieniem, szerokim pasmem przenoszenia, dużą mocą wyjściową, wysoką wydajnością pompowania, niską tłumiennośćą wstawiania i niewrażliwością na stany polaryzacji.
Zasada działania wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego erbem
Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem（Wzmacniacz optyczny EDFA） składa się głównie z włókna domieszkowanego erbem (o długości około 10-30 m) i źródła światła pompującego. Zasada działania polega na tym, że włókno domieszkowane erbem generuje stymulowane promieniowanie pod wpływem pompowanego źródła światła (długość fali 980 nm lub 1480 nm), a emitowane światło zmienia się wraz ze zmianą sygnału wejściowego, co jest równoważne wzmocnieniu sygnału wejściowego. Wyniki pokazują, że wzmocnienie wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego erbem wynosi zwykle 15-40 dB, a odległość przekaźnika można zwiększyć o ponad 100 km. Ludzie nie mogą więc powstrzymać się od pytania: dlaczego naukowcy wpadli na pomysł użycia domieszkowanego erbu we wzmacniaczu światłowodowym w celu zwiększenia intensywności fal świetlnych? Wiemy, że erb jest pierwiastkiem ziem rzadkich, a pierwiastki ziem rzadkich mają swoje szczególne właściwości strukturalne. Domieszkowanie pierwiastkami ziem rzadkich w urządzeniach optycznych jest stosowane od dawna w celu poprawy wydajności urządzeń optycznych, więc nie jest to czynnik przypadkowy. Ponadto, dlaczego długość fali źródła światła pompującego jest wybierana na 980 nm lub 1480 nm? W rzeczywistości długość fali źródła światła pompującego może wynosić 520 nm, 650 nm, 980 nm i 1480 nm, ale praktyka wykazała, że długość fali źródła światła pompującego 1480 nm jest najwyższa, a następnie długość fali źródła światła pompującego 980 nm.
Struktura fizyczna
Podstawowa struktura wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego erbem (EDFA Optical Amplifier). Na końcu wejściowym i wyjściowym znajduje się izolator, którego celem jest jednokierunkowa transmisja sygnału optycznego. Wzbudnik pompy ma długość fali 980 nm lub 1480 nm i służy do dostarczania energii. Funkcją sprzęgacza jest sprzęganie wejściowego sygnału optycznego i światła pompy do włókna domieszkowanego erbem i przesyłanie energii światła pompy do wejściowego sygnału optycznego poprzez działanie włókna domieszkowanego erbem, tak aby zrealizować wzmocnienie energii wejściowego sygnału optycznego. Aby uzyskać wyższą wyjściową moc optyczną i niższy wskaźnik szumów, wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem stosowany w praktyce przyjmuje strukturę dwóch lub więcej źródeł pompy z izolatorami pośrodku, aby się wzajemnie odizolować. Aby uzyskać szerszą i bardziej płaską krzywą wzmocnienia, dodawany jest filtr spłaszczający wzmocnienie.
EDFA składa się z pięciu głównych części: włókna domieszkowanego erbem (EDF), sprzęgacza optycznego (WDM), izolatora optycznego (ISO), filtra optycznego i zasilania pompującego. Powszechnie stosowane źródła pompujące obejmują 980 nm i 1480 nm, a te dwa źródła pompujące mają wyższą wydajność pompowania i są częściej używane. Współczynnik szumu źródła światła pompującego 980 nm jest niższy; Źródło światła pompującego 1480 nm ma wyższą wydajność pompowania i może uzyskać większą moc wyjściową (około 3 dB wyższą niż źródło światła pompującego 980 nm).
korzyść
1. Długość fali roboczej jest zgodna z minimalnym oknem tłumienia światłowodu jednomodowego.
2. Wysoka wydajność sprzęgania. Ponieważ jest to wzmacniacz światłowodowy, łatwo go sprzęgać z włóknem transmisyjnym.
3. Wysoka wydajność konwersji energii. Rdzeń EDF jest mniejszy niż rdzeń światłowodu transmisyjnego, a światło sygnałowe i światło pompujące są przesyłane jednocześnie w EDF, więc pojemność optyczna jest bardzo skoncentrowana. To sprawia, że interakcja między światłem a ośrodkiem wzmocnienia jonu Er jest bardzo pełna, w połączeniu z odpowiednią długością włókna domieszkowanego erbem, więc wydajność konwersji energii świetlnej jest wysoka.
4. Duży zysk, niski wskaźnik szumów, duża moc wyjściowa, niski przesłuch między kanałami.
5. Stabilne charakterystyki wzmocnienia: EDFA nie jest wrażliwy na temperaturę, a wzmocnienie ma niewielką korelację z polaryzacją.
6. Funkcja wzmocnienia jest niezależna od szybkości transmisji danych i formatu danych systemu.
niedociągnięcie
1. Efekt nieliniowy: EDFA wzmacnia moc optyczną poprzez zwiększenie mocy optycznej wstrzykiwanej do włókna, ale im większa, tym lepiej. Gdy moc optyczna zostanie zwiększona do pewnego stopnia, powstanie efekt nieliniowy włókna optycznego. Dlatego przy stosowaniu wzmacniaczy światłowodowych należy zwrócić uwagę na wartość kontrolowania mocy optycznej włókna przychodzącego w jednym kanale.
2. Zakres długości fali wzmocnienia jest stały: zakres roboczy długości fali EDFA pasma C wynosi 1530 nm~1561 nm; zakres roboczy długości fali EDFA pasma L wynosi 1565 nm~1625 nm.
3. Nierównomierne pasmo wzmocnienia: Pasmo wzmocnienia wzmacniacza światłowodowego domieszkowanego erbem EDFA jest bardzo szerokie, ale widmo wzmocnienia samego EDF nie jest płaskie. Filtr spłaszczający wzmocnienie musi zostać zastosowany, aby spłaszczyć wzmocnienie w systemie WDM.
4. Problem przepięcia światła: Gdy ścieżka światła jest normalna, jony erbu wzbudzone przez światło pompujące są zabierane przez światło sygnałowe, co kończy wzmocnienie światła sygnałowego. Jeśli światło wejściowe jest skrócone, ponieważ metastabilne jony erbu nadal się gromadzą, po przywróceniu wejścia światła sygnałowego energia przeskoczy, co spowoduje przepięcie światła.
5. Rozwiązaniem problemu przepięć optycznych jest realizacja funkcji automatycznej redukcji mocy optycznej (APR) lub automatycznego wyłączania mocy optycznej (APSD) w EDFA, tzn. EDFA automatycznie zmniejsza moc lub automatycznie wyłącza zasilanie, gdy nie ma światła wejściowego, zapobiegając w ten sposób wystąpieniu zjawiska przepięć.
Tryb aplikacji
1. Wzmacniacz wzmacniający służy do wzmacniania mocy sygnałów o wielu długościach fali po fali wzmacniającej, a następnie ich przesyłania. Ponieważ moc sygnału po fali wzmacniającej jest na ogół duża, wskaźnik szumu i wzmocnienie wzmacniacza mocy nie są bardzo wysokie. Ma stosunkowo dużą moc wyjściową.
2. Wzmacniacz liniowy, po wzmacniaczu mocy, służy do okresowej kompensacji strat transmisji liniowej. Zazwyczaj wymaga stosunkowo niskiego wskaźnika szumów i dużej mocy optycznej wyjściowej.
3. Przedwzmacniacz: Przed rozdzielaczem i po wzmacniaczu liniowym służy do wzmacniania sygnału i poprawy czułości odbiornika (w przypadku, gdy optyczny stosunek sygnału do szumu (OSNR) spełnia wymagania, większa moc wejściowa może tłumić szum samego odbiornika i poprawiać czułość odbioru), a wskaźnik szumu jest bardzo mały. Nie ma dużego wymogu dotyczącego mocy wyjściowej.
Czas publikacji: 17-03-2025