Prinsipp og anvendelse avEDFA erbiumdopet fiberforsterker
Den grunnleggende strukturen tilEDFAErbiumdopet fiberforsterker, som hovedsakelig består av et aktivt medium (dusinvis av meter lange dopede kvartsfibre, kjernediameter 3-5 mikron, dopingkonsentrasjon (25-1000) x 10-6), pumpelyskilde (990 eller 1480 nm LD), optisk kobler og optisk isolator. Signallys og pumpelys kan forplante seg i samme retning (sampumping), motsatt retning (revers pumping) eller begge retninger (toveis pumping) i Erbiumfiberen. Når signallyset og pumpelyset injiseres i erbiumfiberen samtidig, eksiteres erbiumionet til det høye energinivået (trenivåsystem) under påvirkning av pumpelyset, og henfaller snart til det metastabile nivået. Når det går tilbake til grunntilstanden under påvirkning av det innfallende signallyset, sendes det ut et foton som tilsvarer signallyset, slik at signalet forsterkes. Det forsterkede spontane emisjonsspekteret (ASE) har en stor båndbredde (opptil 20–40 nm) og har to topper som tilsvarer henholdsvis 1530 nm og 1550 nm.
De viktigste fordelene medEDFA-forsterkerer høy forsterkning, stor båndbredde, høy utgangseffekt, høy pumpeeffektivitet, lavt innsettingstap og ufølsomhet for polarisasjonstilstander.
Arbeidsprinsippet til en erbiumdopet fiberforsterker
Den erbiumdopede fiberforsterkeren (EDFA optisk forsterker） består hovedsakelig av en erbiumdopet fiber (ca. 10–30 m lang) og en pumpelyskilde. Arbeidsprinsippet er at den erbiumdopede fiberen genererer stimulert stråling under påvirkning av den pumpede lyskilden (bølgelengde 980 nm eller 1480 nm), og det utstrålte lyset endres med endringen i inngangslyssignalet, noe som tilsvarer forsterkning av inngangslyssignalet. Resultatene viser at forsterkningen til en erbiumdopet fiberforsterker vanligvis er 15–40 dB, og reléavstanden kan økes med mer enn 100 km. Så folk kan ikke la være å spørre: hvorfor tenkte forskere på å bruke dopet erbium i fiberforsterkere for å øke intensiteten til lysbølger? Vi vet at erbium er et sjeldent jordartselement, og sjeldne jordartselementer har sine spesielle strukturelle egenskaper. Doping av sjeldne jordartselementer i optiske enheter har lenge blitt brukt for å forbedre ytelsen til optiske enheter, så dette er ikke en tilfeldig faktor. I tillegg, hvorfor er bølgelengden til pumpelyskilden valgt til 980 nm eller 1480 nm? Faktisk kan bølgelengden til pumpelyskilden være 520 nm, 650 nm, 980 nm og 1480 nm, men praksis har vist at bølgelengden til 1480 nm pumpelyskildens lasereffektivitet er høyest, etterfulgt av bølgelengden til 980 nm pumpelyskilden.
Fysisk struktur
Grunnleggende struktur for erbiumdopet fiberforsterker (EDFA optisk forsterker). Det er en isolator ved inngangsenden og utgangsenden, og formålet er å overføre det optiske signalet i én retning. Pumpeeksitatoren har en bølgelengde på 980 nm eller 1480 nm og brukes til å tilføre energi. Koplerens funksjon er å koble det optiske inngangssignalet og pumpelyset inn i den erbiumdopede fiberen, og overføre energien fra pumpelyset til det optiske inngangssignalet gjennom den erbiumdopede fiberens virkning, for å realisere energiforsterkning av det optiske inngangssignalet. For å oppnå høyere optisk utgangseffekt og lavere støyindeks, bruker den erbiumdopede fiberforsterkeren som brukes i praksis strukturen med to eller flere pumpekilder med isolatorer i midten for å isolere hverandre. For å oppnå en bredere og flatere forsterkningskurve, legges det til et forsterkningsutflatningsfilter.
EDFA består av fem hoveddeler: Erbiumdopet fiber (EDF), optisk kobler (WDM), optisk isolator (ISO), optisk filter og pumpeforsyning. Vanlig brukte pumpekilder inkluderer 980 nm og 1480 nm, og disse to pumpekildene har høyere pumpeeffektivitet og brukes mer. 980 nm pumpelyskildens støykoeffisient er lavere; 1480 nm pumpelyskilden har høyere pumpeeffektivitet og kan oppnå større utgangseffekt (omtrent 3 dB høyere enn 980 nm pumpelyskilden).
fordel
1. Driftsbølgelengden er i samsvar med minimumsdempningsvinduet for single-mode fiber.
2. Høy koblingseffektivitet. Fordi det er en fiberforsterker, er den enkel å koble til transmisjonsfiberen.
3. Høy energikonverteringseffektivitet. Kjernen i EDF er mindre enn i transmisjonsfiber, og signallyset og pumpelyset overføres samtidig i EDF, slik at den optiske kapasiteten er svært konsentrert. Dette gjør samspillet mellom lys og forsterkningsmediet Er-ion svært fullt, kombinert med passende lengde på erbiumdopet fiber, slik at konverteringseffektiviteten til lysenergi er høy.
4. Høy forsterkning, lav støyindeks, stor utgangseffekt, lav krysstale mellom kanalene.
5. Stabile forsterkningsegenskaper: EDFA er ikke følsom for temperatur, og forsterkning har liten korrelasjon med polarisering.
6. Forsterkningsfunksjonen er uavhengig av systemets bithastighet og dataformat.
mangel
1. Ikke-lineær effekt: EDFA forsterker den optiske effekten ved å øke den optiske effekten som injiseres i fiberen, men jo større, jo bedre. Når den optiske effekten økes til en viss grad, vil det oppstå en ikke-lineær effekt av optisk fiber. Derfor bør man ved bruk av optiske fiberforsterkere være oppmerksom på verdien av å kontrollere den innkommende fiberoptiske effekten i én kanal.
2. Forsterkningsbølgelengdeområdet er fast: arbeidsbølgelengdeområdet for C-bånd EDFA er 1530 nm ~ 1561 nm; arbeidsbølgelengdeområdet for L-bånd EDFA er 1565 nm ~ 1625 nm.
3. Ujevn forsterkningsbåndbredde: Forsterkningsbåndbredden til EDFA erbiumdopet fiberforsterker er veldig bred, men forsterkningsspekteret til EDF i seg selv er ikke flatt. Forsterkningsutflatningsfilteret må brukes for å flate ut forsterkningen i WDM-systemet.
4. Problem med lysbølge: Når lysbanen er normal, blir erbiumionene som eksiteres av pumpelyset ført bort av signallyset, og dermed fullføres forsterkningen av signallyset. Hvis inngangslyset avkortes, fordi de metastabile erbiumionene fortsetter å akkumuleres, vil energien hoppe når signallysinngangen gjenopprettes, noe som resulterer i lysbølge.
5. Løsningen på optisk overspenning er å realisere automatisk optisk effektreduksjon (APR) eller automatisk optisk avstenging (APSD) i EDFA, det vil si at EDFA automatisk reduserer effekten eller slår av strømmen automatisk når det ikke er noe inngangslys, og dermed undertrykker forekomsten av overspenningsfenomenet.
Programmodus
1. Boosterforsterkeren brukes til å øke effekten til signaler med flere bølgelengder etter boosterbølgen, og deretter overføre dem. Siden signaleffekten etter boosterbølgen generelt er stor, er ikke støyindeksen og forsterkningen til en effektforsterker veldig høy. Den har relativt stor utgangseffekt.
2. Linjeforsterkeren, etter effektforsterkeren, brukes til å periodisk kompensere for tap av linjeoverføring, og krever vanligvis en relativt liten støyindeks og en stor optisk utgangseffekt.
3. Forforsterker: Før splitteren og etter linjeforsterkeren brukes den til å forsterke signalet og forbedre mottakerens følsomhet (hvis det optiske signal-til-støy-forholdet (OSNR) oppfyller kravene, kan den større inngangseffekten dempe støyen fra selve mottakeren og forbedre mottakerfølsomheten), og støyindeksen er svært liten. Det er ikke store krav til utgangseffekten.
Publisert: 17. mars 2025