Prinsipyo at aplikasyon ngEDFA erbium-doped fiber amplifier
Ang pangunahing istruktura ngEDFAAng erbium-doped fiber amplifier ay pangunahing binubuo ng isang aktibong medium (dose-dosenang metro ang haba na doped quartz fiber, core diameter na 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 kumalat sa parehong direksyon (co-pumping), magkasalungat na direksyon (reverse pumping), o magkabilang direksyon (bidirectional pumping) sa Erbium fiber. Kapag ang signal light at pump light ay sabay na ini-inject sa erbium fiber, ang erbium ion ay nae-excite sa mataas na antas ng enerhiya (three-level system) sa ilalim ng aksyon ng pump light, at agad na nabubulok sa metastable level. Kapag bumalik ito sa ground state sa ilalim ng aksyon ng incident signal light, ang photon na katumbas ng signal light ay inilalabas, kaya lumalakas ang signal. Ang amplified spontaneous emission (ASE) spectrum nito ay may malaking bandwidth (hanggang 20-40nm) at may dalawang peak na katumbas ng 1530nm at 1550nm ayon sa pagkakabanggit.
Ang mga pangunahing bentahe ngEDFA amplifieray mataas na gain, malaking bandwidth, mataas na output power, mataas na pumping efficiency, mababang insertion loss, at kawalan ng sensitibo sa mga estado ng polarization.
Ang prinsipyo ng paggana ng erbium-doped fiber amplifier
Ang erbium-doped fiber amplifier（EDFA Optical Amplifier） ay pangunahing binubuo ng isang hibla na may erbium doping (mga 10-30m ang haba) at isang pinagmumulan ng ilaw na may bomba. Ang prinsipyo ng paggana ay ang hibla na may erbium doping ay bumubuo ng stimulated radiation sa ilalim ng aksyon ng pinagmumulan ng ilaw na may bomba (wavelength 980nm o 1480nm), at ang sinagap na liwanag ay nagbabago kasabay ng pagbabago ng input light signal, na katumbas ng pagpapalakas ng input light signal. Ipinapakita ng mga resulta na ang gain ng Erbium doping 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 gamitin ang doped erbium sa fiber amplifier upang mapataas ang intensity ng mga light wave? Alam natin na ang erbium ay isang rare earth element, at ang mga rare earth element ay may kani-kanilang mga espesyal na katangian sa istruktura. Ang pag-doping ng mga rare earth element sa mga optical device ay matagal nang ginagamit upang mapabuti ang pagganap ng mga optical device, kaya hindi ito isang aksidenteng salik. Bukod pa rito, bakit ang wavelength ng pump light source ay pinipili 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 ang pinakamataas, na sinusundan ng wavelength ng 980nm pump light source.
Pisikal na istruktura
Pangunahing istruktura ng erbium-doped fiber amplifier (EDFA Optical Amplifier). Mayroong isolator sa input end at output end, ang layunin ay gawing one-way transmission ang optical signal. Ang pump exciter ay may wavelength na 980nm o 1480nm at ginagamit upang magbigay ng enerhiya. Ang tungkulin ng coupler ay i-couple ang input optical signal at ang pump light papunta sa erbium-doped fiber, at ilipat ang enerhiya ng pump light papunta sa input optical signal sa pamamagitan ng aksyon ng erbium-doped fiber, upang maisakatuparan 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 pagsasagawa ay gumagamit ng istruktura ng dalawa o higit pang pump source na may mga isolator sa gitna upang ihiwalay ang isa't isa. Upang makakuha ng mas malawak at patag na gain curve, isang gain flattening filter ang idinaragdag.
Ang EDFA ay binubuo ng limang pangunahing bahagi: Erbium-doped fiber (EDF), Optical coupler (WDM), optical isolator (ISO), Optical Filter, at Pumping Supply. Ang mga karaniwang ginagamit na pinagmumulan ng bomba ay kinabibilangan ng 980nm at 1480nm, at ang dalawang pinagmumulan ng bomba na ito ay may mas mataas na kahusayan sa pagbomba at mas madalas gamitin. Mas mababa ang coefficient ng ingay ng 980nm pump light source; Ang 1480nm pump light source ay may mas mataas na kahusayan sa pagbomba at maaaring makakuha ng mas malaking output power (humigit-kumulang 3dB na mas mataas kaysa sa 980nm pump light source).
kalamangan
1. Ang operating wavelength ay naaayon sa minimum attenuation window ng single-mode fiber.
2. Mataas na kahusayan sa pagkabit. Dahil ito ay isang fiber amplifier, madali itong ikabit 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 na ipinapadala sa EDF, kaya ang optical capacity ay lubos na konsentrado. Ginagawa nitong napakapuno ng interaksyon sa pagitan ng liwanag at ng gain medium na Er ion, kasabay ng naaangkop na haba ng erbium-doped fiber, kaya mataas ang conversion efficiency ng enerhiya ng liwanag.
4. Mataas na gain, mababang noise index, malaking output power, mababang crosstalk sa pagitan ng mga channel.
5. Mga katangian ng matatag na gain: Ang EDFA ay hindi sensitibo sa temperatura, at ang gain ay may kaunting kaugnayan sa polarisasyon.
6. Ang tampok na gain ay hindi nakadepende sa bit rate at format ng data ng system.
kakulangan
1. Epektong Nonlinear: Pinapalakas ng EDFA ang optical power sa pamamagitan ng pagpapataas ng optical power na ini-inject sa fiber, ngunit mas malaki mas mabuti. Kapag ang optical power ay nadagdagan sa isang tiyak na lawak, ang nonlinear effect ng optical fiber ay malilikha. Samakatuwid, kapag gumagamit ng optical fiber amplifiers, dapat bigyang-pansin ang halaga ng pagkontrol sa single-channel na papasok na fiber optical power.
2. Ang saklaw ng wavelength ng gain ay nakapirmi: ang saklaw ng working wavelength ng C-band EDFA ay 1530nm~1561nm; ang saklaw ng working wavelength ng L-band EDFA ay 1565nm~1625nm.
3. Hindi pantay na bandwidth ng gain: Malawak ang bandwidth ng gain ng EDFA erbium-doped fiber amplifier, ngunit ang gain spectrum ng EDF mismo ay hindi patag. Dapat gamitin ang gain flattening filter upang patagin ang gain sa WDM system.
4. Problema sa light surge: Kapag normal ang landas ng liwanag, ang mga erbium ion na na-excite ng pump light ay natatangay ng signal light, kaya kinukumpleto ang amplification ng signal light. Kung ang input light ay pinutol, dahil patuloy na naiipon ang mga metastable erbium ion, kapag naibalik na ang signal light input, tataas ang enerhiya, na magreresulta sa light surge.
5. Ang solusyon sa optical surge ay ang pagsasakatuparan ng function na automatic optical power reduction (APR) o automatic optical power off (APSD) sa EDFA, ibig sabihin, awtomatikong binabawasan ng EDFA ang kuryente o awtomatikong pinapatay ang kuryente kapag walang input light, sa gayon ay pinipigilan ang paglitaw ng surge phenomenon.
Paraan ng aplikasyon
1. Ang booster Amplifier ay ginagamit upang palakasin ang lakas ng maraming wavelength signal pagkatapos ng booster wave, at pagkatapos ay ipadala ang mga ito. Dahil ang lakas ng signal pagkatapos ng booster wave ay karaniwang malaki, ang noise index at gain ng isang power amplifier ay hindi masyadong mataas. May medyo malaking output power.
2. Ang line-amplifier, na kasunod ng power Amplifier, ay ginagamit upang pana-panahong mabawi ang pagkawala ng transmisyon ng linya, na karaniwang nangangailangan ng medyo maliit na noise index at malaking output optical power.
3. Pre-Amplifier: Bago ang splitter at pagkatapos ng line amplifier, ginagamit ito upang palakasin ang signal at pagbutihin ang sensitivity ng receiver (kung sakaling natutugunan ng optical signal-to-noise ratio (OSNR) ang mga kinakailangan, maaaring mapigilan ng mas malaking input power ang ingay ng receiver mismo at mapabuti ang sensitivity ng receiving), at napakaliit ng noise index. Walang malaking kinakailangan sa output power.
Oras ng pag-post: Mar-17-2025