Prinsipyo at aplikasyon ng EDFA erbium-doped fiber amplifier

Prinsipyo at aplikasyon ngEDFA erbium-doped fiber amplifier

Ang pangunahing istraktura ngEDFAerbium-doped fiber amplifier, na pangunahing binubuo ng aktibong medium (dose-dosenang metro ang haba doped quartz fiber, core diameter 3-5 microns, doping concentration (25-1000)x10-6), pump light source (990 o 1480nm LD), optical coupler at optical isolator. Ang signal light at pump light ay maaaring magpalaganap sa parehong direksyon (co-pumping), kabaligtaran ng direksyon (reverse pumping), o parehong direksyon (bidirectional pumping) sa Erbium fiber. Kapag ang signal light at pump light ay na-injected sa erbium fiber sa parehong oras, ang erbium ion ay nasasabik sa mataas na antas ng enerhiya (three-level system) sa ilalim ng pagkilos ng pump light, at sa lalong madaling panahon ay nabulok sa antas ng metastable. Kapag bumalik ito sa ground state sa ilalim ng pagkilos ng ilaw ng signal ng insidente, ang photon na tumutugma sa signal light ay ibinubuga, upang ang signal ay pinalakas. Ang amplified spontaneous emission (ASE) spectrum nito ay may malaking bandwidth (hanggang 20-40nm) at may dalawang peak na tumutugma sa 1530nm at 1550nm ayon sa pagkakabanggit.

Ang pangunahing bentahe ngEDFA amplifieray mataas na nakuha, malaking bandwidth, mataas na output power, mataas na pumping efficiency, mababang insertion loss, at insensitivity sa polarization states.

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng erbium-doped fiber amplifier

Ang Erbium-doped fiber amplifier（EDFA Optical AmplifierAng ） ay pangunahing binubuo ng isang erbium-doped fiber (mga 10-30m ang haba) at isang pump light source. Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ay ang erbium-doped fiber ay bumubuo ng stimulated radiation sa ilalim ng pagkilos ng pumped light source (wavelength 980nm o 1480nm), at ang radiated light ay nagbabago sa pagbabago ng input light signal, na katumbas ng pagpapalakas ng input light signal. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang nakuha ng Erbium-doped fiber amplifier ay karaniwang 15-40db, at ang distansya ng relay ay maaaring tumaas ng higit sa 100km. Kaya, hindi maiwasan ng mga tao na magtanong: bakit naisip ng mga siyentipiko na gumamit ng doped erbium sa fiber amplifier upang mapataas ang intensity ng light waves? Alam namin na ang erbium ay isang bihirang elemento ng lupa, at ang mga bihirang elemento ng lupa ay may mga espesyal na katangian ng istruktura. Ang doping rare earth na mga elemento sa optical device ay matagal nang ginagamit upang mapabuti ang performance ng mga optical device, kaya hindi ito isang aksidenteng kadahilanan. Bilang karagdagan, bakit ang wavelength ng pump light source ay pinili sa 980nm o 1480nm? Sa katunayan, ang wavelength ng pump light source ay maaaring 520nm, 650nm, 980nm, at 1480nm, ngunit napatunayan ng pagsasanay na ang wavelength ng 1480nm pump light source laser efficiency ay ang pinakamataas, na sinusundan ng wavelength ng 980nm pump light source.

Pisikal na istraktura

Pangunahing istraktura ng erbium-doped fiber amplifier（EDFA Optical Amplifier）. Mayroong isang isolator sa dulo ng input at dulo ng output, ang layunin ay gawin ang optical signal na one-way transmission. Ang pump exciter ay may wavelength na 980nm o 1480nm at ginagamit upang magbigay ng enerhiya. Ang pag-andar ng coupler ay upang pagsamahin ang input optical signal at ang pump light sa erbium-doped fiber, at ilipat ang enerhiya ng pump light sa input optical signal sa pamamagitan ng pagkilos ng erbium-doped fiber, upang mapagtanto ang energy amplification ng input optical signal. Upang makakuha ng mas mataas na output optical power at mas mababang noise index, ang Erbium-doped fiber amplifier na ginagamit sa pagsasanay ay gumagamit ng istraktura ng dalawa o higit pang mga pinagmumulan ng pump na may mga isolator sa gitna upang ihiwalay ang isa't isa. Upang makakuha ng mas malawak at flatter gain curve, idinagdag ang gain flattening filter.

Ang EDFA ay binubuo ng limang pangunahing bahagi: Erbium-doped fiber (EDF), Optical coupler (WDM), optical isolator (ISO), Optical Filter, at Pumping Supply. Kabilang sa mga karaniwang ginagamit na pinagmumulan ng bomba ang 980nm at 1480nm, at ang dalawang pinagmumulan ng bomba na ito ay may mas mataas na kahusayan sa pagbomba at mas ginagamit ito. 980nm pump light source noise coefficient ay mas mababa; Ang 1480nm pump light source ay may mas mataas na pumping efficiency at maaaring makakuha ng mas malaking output power (mga 3dB na mas mataas kaysa sa 980nm pump light source).

kalamangan

1. Ang operating wavelength ay pare-pareho sa minimum attenuation window ng single-mode fiber.

2. Mataas na kahusayan ng pagkabit. Dahil ito ay isang fiber amplifier, ito ay madaling pagkabit sa transmission fiber.

3. Mataas na kahusayan sa conversion ng enerhiya. Ang core ng EDF ay mas maliit kaysa sa transmission fiber, at ang signal light at pump light ay sabay-sabay na ipinapadala sa EDF, kaya ang optical capacity ay masyadong puro. Ginagawa nitong lubos ang interaksyon sa pagitan ng liwanag at ng gain medium na Er ion, kasama ng naaangkop na haba ng erbium-doped fiber, kaya mataas ang conversion efficiency ng light energy.

4. Mataas na nakuha, mababang index ng ingay, malaking lakas ng output, mababang crosstalk sa pagitan ng mga channel.

5. Mga katangian ng matatag na nakuha: Ang EDFA ay hindi sensitibo sa temperatura, at ang nakuha ay may maliit na ugnayan sa polariseysyon.

6. Ang tampok na makakuha ay independiyente sa bit rate ng system at format ng data.

pagkukulang

1. Nonlinear effect: Pinapalaki ng EDFA ang optical power sa pamamagitan ng pagtaas ng optical power na ini-inject sa fiber, ngunit mas malaki ang mas mahusay. Kapag ang optical power ay tumaas sa isang tiyak na lawak, ang nonlinear na epekto ng optical fiber ay gagawin. Samakatuwid, kapag gumagamit ng optical fiber amplifiers, dapat bigyang pansin ang halaga ng pagkontrol sa single-channel na papasok na fiber optical power.

2. Naayos ang hanay ng wavelength ng gain: ang working wavelength range ng C-band EDFA ay 1530nm~1561nm; Ang working wavelength range ng L-band EDFA ay 1565nm~1625nm.

3. Hindi pantay na bandwidth ng gain: Ang gain bandwidth ng EDFA erbium-doped fiber amplifier ay napakalawak, ngunit ang gain spectrum ng EDF mismo ay hindi flat. Ang gain flattening filter ay dapat gamitin upang patagin ang gain sa WDM system.

4. Problema sa light surge: Kapag normal ang daanan ng liwanag, ang mga erbium ions na nasasabik ng pump light ay dinadala ng signal light, kaya nakumpleto ang amplification ng signal light. Kung pinutol ang input light, dahil patuloy na nag-iipon ang mga metastable na erbium ions, kapag naibalik ang signal light input, tataas ang enerhiya, na magreresulta sa light surge.

5. Ang solusyon sa optical surge ay upang mapagtanto ang automatic optical power reduction (APR) o automatic optical power off (APSD) function sa EDFA, iyon ay, awtomatikong binabawasan ng EDFA ang power o awtomatikong pinapatay ang power kapag walang input light, at sa gayon ay pinipigilan ang paglitaw ng surge phenomenon.

Mode ng aplikasyon

1. Ang booster Amplifier ay ginagamit upang palakasin ang kapangyarihan ng maramihang wavelength signal pagkatapos ng booster wave, at pagkatapos ay ipadala ang mga ito. Dahil sa pangkalahatan ay malaki ang signal power pagkatapos ng booster wave, hindi masyadong mataas ang noise index at gain ng power amplifier. May medyo malaking output power.

2. Line-amplifier, pagkatapos ng power Amplifier, ay ginagamit para pana-panahong mabayaran ang pagkawala ng Line transmission, sa pangkalahatan ay nangangailangan ng medyo maliit na noise index at isang malaking output optical power.

3. Pre-Amplifier: Bago ang splitter at pagkatapos ng line amplifier, ito ay ginagamit upang palakasin ang signal at pagbutihin ang sensitivity ng receiver (sa kaso na ang optical signal-to-noise ratio (OSNR) ay nakakatugon sa mga kinakailangan, ang mas malaking input power ay maaaring sugpuin ang ingay ng receiver mismo at mapabuti ang receiving sensitivity), at ang index ng ingay. Walang malaking pangangailangan sa kapangyarihan ng output.