Erbiom dopovaný vláknový zosilňovač (EDFA)

Základný princíp činnosti:
Theerbiom dopovaný vláknový zosilňovač (EDFA)je médium, ktoré využíva héliové ióny na dosiahnutie premeny energie. Okno zosilnenia energie má okno prevádzkovej vlnovej dĺžky 1 550 nm a šírku 50 am, čo je v súlade s oknom s nízkou stratou vlákna. Okno vstrekovania energie je 980 nm a 1 480 nm. Vo všeobecnosti sa erbiom dopované iónové vlákno pripravuje ako EDFA amplifikačné jadro, to znamená aktívne médium. Systém zosilnenia je laserový trojúrovňový systém, vstrekovaná svetelná energia 980 nm je absorbovaná héliovými iónmi na vysokoenergetickú hladinu 4" a prechodová úroveň 4n lasera je prevedená relaxačnou osciláciou. Vďaka dlhá životnosť energetickej hladiny, veľké množstvo akumulácie Aktivované častice, ktoré si rezervujú veľké množstvo energie a následne prechádzajú stimulované žiarenie so signálnym svetlom, získajú znásobený signál rovnakej frekvencie a rovnakej fázy a vrátia častice do základného stavu. Indukovaný šum v procese zosilnenia je spontánne vyžarovanie ( Amplified Spontaneous Emission (ASE), ktoré súvisí s vlnovou dĺžkou čerpadla. Vo všeobecnosti má 980 nm laserová pumpa nízku účinnosť a nízku hlučnosť , zatiaľ čo 1 480 nm laser je vysoko účinný a hlučný. V procese návrhu všeobecný predvláknový zosilňovač EDFA využíva 980 nm čerpanie, zosilňovač Booster EDFA na vysielacom konci využíva hybridnú čerpaciu metódu 980 nm a 1 480 nm a špeciálne navrhnuté médiá podľa požiadaviek DWDM pre optické vyrovnávacie filtre. Membránový plochý filter.
Základná štruktúra erbiom dopovaného vláknového zosilňovača (FDFA):
Typický EDFA pozostáva z vlákna dopovaného erbiom, zdroja pumpy, multiplexora delenia vlnovej dĺžky, optického izolátora a optického filtra. Vlákno dopované erbiom poskytuje zosilnenie, zdroj pumpy poskytuje dostatočný výkon pumpy a multiplexor s delením vlnovej dĺžky spája signálne svetlo a svetlo pumpy do vlákna dotovaného erbiom. Optický izolátor zabezpečuje jednosmerný prenos svetla, aby sa zabránilo odrazom svetla vytvárajúcim optické oscilácie a spätné svetlo spôsobuje poruchy v prevádzkovom stave signálneho lasera. Úlohou optického filtra je odfiltrovať ASE šum v optickom zosilňovači a zlepšiť pomer signálu k šumu EDFA. EDFA má zvyčajne tri typy čerpadiel: ko-smerné čerpadlo, spätné čerpadlo a dvojcestné čerpadlo. Aby bolo zaistené, že zosilnenie EDFA je konštantné (tj lineárny zosilňovač predzosilňovača a linky) alebo výstupný výkon je konštantný (tj saturačný výkonový zosilňovač na vysielacom konci), je potrebné navrhnúť pomocný obvod na monitorovanie vstupného a výstupného výkonu EDFA, ako aj čerpacieho zdroja. Pracovný stav je monitorovaný a kontrolovaný. Podľa výsledkov monitorovania sú pracovné parametre svetelného zdroja pumpy vhodne nastavené tak, aby EDFA pracoval v optimálnom stave. Okrem toho časť pomocného obvodu obsahuje aj obvody pre ochranné funkcie, ako je automatická regulácia teploty a automatická regulácia výkonu.
Základný výkon erbiom dopovaného vláknového zosilňovača (EDFA):
Základný výkon EDFA sa odráža v zisku, výstupnom výkone a šume, ako aj šírke pásma a ekvalizácii.
1. Charakteristika zosilnenia Charakteristiky zosilnenia predstavujú zosilňovaciu schopnosť pomeru výstupného výkonu optického zosilňovača k vstupnému výkonu. Súvisí s rôznymi faktormi, všeobecne sa vyjadruje v dB a bežne používaný zosilňovací faktor je 15 až 40 dB. Vo všeobecnosti je zisk priamo spojený s výkonom čerpadla a tiež s dĺžkou vlákna dotovaného erbiom. Najlepšia hodnota sa dá nájsť experimentom.
2. Charakteristiky výstupného výkonu Pre ideálny lineárny optický zosilňovač môže byť optický signál zosilnený a výstupný s rovnakým ziskom bez ohľadu na vstupný optický výkon. Aby sa zabezpečila táto podmienka, vo všeobecnosti iba vtedy, keď je na vstupe malý optický signál, výstup optického signálu zosilneného dostatočným ziskom je nedostatočný na zníženie počtu častíc energetickej hladiny výkonu pumpy vstrekovanej do lasera. Keď je však vstupný optický výkon dostatočne veľký, vstrekovaný výkon je nedostatočný na kompenzáciu výstupného výkonu po zosilnení, takže počet invertovaných častíc sa nasýti a zníži, a tým sa zníži výstupný optický výkon, čo ovplyvňuje pokles. faktora zosilnenia, teda saturácie zisku. , takže amplifikácia vstúpi do nelineárnej oblasti nasýtenia amplifikácie. Maximálny výstupný výkon EDFA sa zvyčajne vyjadruje ako 3 dB nasýtený výstupný výkon, čo zodpovedá výstupnému výkonu, keď saturačný zisk klesne o 3 dB, čo odráža maximálnu výkonovú schopnosť EDFA. Výstupné charakteristiky nasýtenia EDFA súvisia s výkonom čerpadla, dĺžkou vlákna dopovaného erbiom a štruktúrou. Čím vyšší je optický výkon čerpadla, tým väčší je nasýtený výstupný výkon 3 dB; čím dlhšia je dĺžka vlákna dopovaného erbiom, tým väčší je saturovaný výstupný výkon 3 dB.
x