Принцип и примена на EDFA ербиум-допиран фибер засилувач

Принцип и примена наEDFA ербиум-допиран фибер засилувач

Основната структура наЕДФАЗасилувач на влакна допиран со ербиум, кој е главно составен од активна средина (десетици метри долги допирани кварцни влакна, дијаметар на јадрото 3-5 микрони, концентрација на допир (25-1000) x 10-6), извор на светлина со пумпа (990 или 1480nm LD), оптички спојувач и оптички изолатор. Сигналната светлина и светлината со пумпа можат да се шират во иста насока (ко-пумпање), спротивна насока (обратно пумпање) или во двете насоки (двонасочно пумпање) во ербиумското влакно. Кога сигналната светлина и светлината со пумпа се инјектираат во ербиумското влакно истовремено, јон на ербиум се возбудува до високо енергетско ниво (систем на три нивоа) под дејство на светлината со пумпа и наскоро се распаѓа на метастабилно ниво. Кога се враќа во основна состојба под дејство на инцидентната сигнална светлина, се емитува фотон што одговара на сигналната светлина, така што сигналот се засилува. Неговиот спектар на засилена спонтана емисија (ASE) има голем пропусен опсег (до 20-40nm) и има два врва што одговараат на 1530nm и 1550nm, соодветно.

Главните предности наEDFA засилувачсе со големо засилување, голем пропусен опсег, висока излезна моќност, висока ефикасност на пумпање, мала загуба на вметнување и нечувствителност на состојби на поларизација.

Принцип на работа на оптички засилувач допиран со ербиум

Засилувач на влакна допиран со ербиумEDFA оптички засилувач) е главно составен од влакна допирани со ербиум (должина од околу 10-30 метри) и извор на светлина со пумпа. Принципот на работа е дека влакната допирани со ербиум генерираат стимулирано зрачење под дејство на пумпаниот извор на светлина (бранова должина 980 nm или 1480 nm), а зрачената светлина се менува со промената на влезниот светлосен сигнал, што е еквивалентно на засилување на влезниот светлосен сигнал. Резултатите покажуваат дека засилувањето на засилувачот со влакна допирани со ербиум е обично 15-40 db, а растојанието на релето може да се зголеми за повеќе од 100 km. Затоа, луѓето не можат а да не прашаат: зошто научниците помислиле да користат допиран ербиум во засилувачот со влакна за да го зголемат интензитетот на светлосните бранови? Знаеме дека ербиумот е редок земски елемент, а ретките земски елементи имаат свои посебни структурни карактеристики. Допирањето на ретките земски елементи во оптичките уреди се користи долго време за подобрување на перформансите на оптичките уреди, така што ова не е случаен фактор. Покрај тоа, зошто брановата должина на изворот на светлина на пумпата е избрана на 980nm или 1480nm? Всушност, брановата должина на изворот на светлина на пумпата може да биде 520nm, 650nm, 980nm и 1480nm, но практиката покажа дека ефикасноста на брановата должина на ласерот со извор на светлина на пумпата од 1480nm е највисока, по што следува брановата должина на изворот на светлина на пумпата од 980nm.

Физичка структура

Основна структура на влакнест засилувач допиран со ербиум (EDFA оптички засилувач). На влезниот и излезниот крај има изолатор, чија цел е да се овозможи еднонасочен пренос на оптичкиот сигнал. Пумпниот побудувач има бранова должина од 980nm или 1480nm и се користи за обезбедување енергија. Функцијата на спојникот е да го поврзе влезниот оптички сигнал и пумпата светлина во влакното допирано со ербиум и да ја пренесе енергијата на пумпата светлина на влезниот оптички сигнал преку дејството на влакното допирано со ербиум, со цел да се реализира засилување на енергијата на влезниот оптички сигнал. За да се добие поголема излезна оптичка моќност и помал индекс на шум, влакнестиот засилувач допиран со ербиум што се користи во пракса ја усвојува структурата на два или повеќе извори на пумпа со изолатори во средината за да се изолираат едни со други. За да се добие поширока и порамна крива на засилување, се додава филтер за израмнување на засилувањето.

EDFA се состои од пет главни делови: влакно допирано со ербиум (EDF), оптички спојувач (WDM), оптички изолатор (ISO), оптички филтер и напојување за пумпање. Најчесто користените извори на пумпа вклучуваат 980nm и 1480nm, а овие два извори на пумпа имаат поголема ефикасност на пумпање и се користат почесто. Коефициентот на шум на изворот на светлина на пумпата од 980nm е помал; изворот на светлина на пумпата од 1480nm има поголема ефикасност на пумпање и може да добие поголема излезна моќност (околу 3dB повисока од изворот на светлина на пумпата од 980nm).

предност

1. Работната бранова должина е во согласност со минималниот прозорец за слабеење на едномодните влакна.

2. Висока ефикасност на спојување. Бидејќи е оптички засилувач, лесно се спојува со преносното влакно.

3. Висока ефикасност на конверзија на енергија. Јадрото на EDF е помало од она на преносното влакно, а сигналната светлина и пумпата се пренесуваат истовремено во EDF, така што оптичкиот капацитет е многу концентриран. Ова ја прави интеракцијата помеѓу светлината и медиумот за засилување Er јони многу полна, заедно со соодветната должина на влакно допирано со ербиум, така што ефикасноста на конверзија на светлосната енергија е висока.

4. Високо засилување, низок индекс на шум, голема излезна моќност, ниско преслушување помеѓу каналите.

5. Карактеристики на стабилно засилување: EDFA не е чувствителен на температура, а засилувањето има мала корелација со поларизацијата.

6. Функцијата за засилување е независна од системската битна стапка и форматот на податоците.

недостаток

1. Нелинеарен ефект: EDFA ја засилува оптичката моќност со зголемување на оптичката моќност инјектирана во влакното, но колку е поголема, толку е подобро. Кога оптичката моќност се зголемува до одреден степен, ќе се создаде нелинеарен ефект на оптичкото влакно. Затоа, при употреба на оптички засилувачи, треба да се обрне внимание на вредноста на контролирање на едноканалната влезна оптичка моќност на влакното.

2. Опсегот на бранова должина на засилувањето е фиксен: работниот опсег на бранова должина на C-опсегот EDFA е 1530nm~1561nm; работниот опсег на бранова должина на L-опсегот EDFA е 1565nm~1625nm.

3. Нерамномерен пропусен опсег на засилување: Пропусниот опсег на засилување на EDFA ербиум-допиран фибер засилувач е многу широк, но спектарот на засилување на самиот EDF не е рамен. Мора да се усвои филтер за израмнување на засилувањето за да се израмни засилувањето во WDM системот.

4. Проблем со светлосен бран: Кога светлосната патека е нормална, јоните на ербиум возбудени од светлото на пумпата се однесуваат од сигналната светлина, со што се завршува засилувањето на сигналната светлина. Ако влезната светлина е скратена, бидејќи метастабилните јони на ербиум продолжуваат да се акумулираат, откако ќе се врати влезот на сигналната светлина, енергијата ќе скокне, што резултира со светлосен бран.

5. Решението за оптичкиот бран е да се реализира функцијата за автоматско намалување на оптичката моќност (APR) или автоматско исклучување на оптичката моќност (APSD) во EDFA, односно EDFA автоматски ја намалува моќноста или автоматски ја исклучува моќноста кога нема влезно светло, со што се потиснува појавата на феноменот на бран.

Режим на апликација

1. Засилувачот се користи за зголемување на моќноста на сигналите со повеќе бранови должини по засилувачкиот бран, а потоа нивно пренесување. Бидејќи моќноста на сигналот по засилувачкиот бран е генерално голема, индексот на шум и засилувањето на засилувачот не се многу високи. Има релативно голема излезна моќност.

2. Линискиот засилувач, по засилувачот на енергија, се користи за периодично компензирање на загубите во линискиот пренос, што генерално бара релативно мал индекс на шум и голема излезна оптичка моќност.

3. Пред-засилувач: Пред разделникот и по линискиот засилувач, се користи за засилување на сигналот и подобрување на чувствителноста на приемникот (во случај оптичкиот однос сигнал-шум (OSNR) да ги исполнува барањата, поголемата влезна моќност може да го потисне шумот на самиот приемник и да ја подобри чувствителноста на приемникот), а индексот на шум е многу мал. Нема големи барања за излезната моќност.