Επαγγελματική γνώση

Ενισχυτής ινών με νάρκωση Erbium (EDFA)

2021-03-19
Βασική αρχή εργασίας:
οΕνισχυτής ινών με προσθήκη erbium (EDFA)είναι ένα μέσο που χρησιμοποιεί ιόντα ηλίου για την επίτευξη μετατροπής ενέργειας. Το παράθυρο ενίσχυσης ενέργειας έχει παράθυρο λειτουργίας μήκους κύματος 1 550 nm και πλάτος 50 π.μ., το οποίο είναι σύμφωνο με το παράθυρο χαμηλής απώλειας της ίνας. Το παράθυρο έγχυσης ενέργειας είναι 980 nm και 1 480 nm. Γενικά, μια ιοντική ίνα με νάρκωση παρασκευάζεται ως πυρήνας ενίσχυσης EDFA, δηλαδή ενεργό μέσο. Το σύστημα ενίσχυσης είναι ένα σύστημα τριών επιπέδων λέιζερ, η εγχυόμενη ενέργεια φωτός των 980 nm απορροφάται από τα ιόντα ηλίου στο υψηλό επίπεδο ενέργειας 4 "και το επίπεδο μετάβασης 4n του λέιζερ μεταβάλλεται από την ταλάντωση χαλάρωσης. Λόγω του μεγάλη διάρκεια ζωής του επιπέδου ενέργειας, μεγάλη ποσότητα συσσώρευσης Τα ενεργοποιημένα σωματίδια, τα οποία διατηρούν μεγάλη ποσότητα ενέργειας, και στη συνέχεια περνούν την διεγερμένη ακτινοβολία με το φως σήματος, λαμβάνουν πολλαπλασιασμένο σήμα της ίδιας συχνότητας και της ίδιας φάσης και επιστρέφουν σωματίδια στην κατάσταση του εδάφους. Ο επαγόμενος θόρυβος στη διαδικασία ενίσχυσης είναι η αυθόρμητη ακτινοβολία (Amplified Spontaneous Emission (ASE), η οποία σχετίζεται με το μήκος κύματος της αντλίας. Γενικά, η αντλία λέιζερ 980 nm είναι χαμηλή σε απόδοση και χαμηλή στο θόρυβο , ενώ το λέιζερ 1 480 nm είναι πολύ αποδοτικό και θορυβώδες. Στη διαδικασία σχεδιασμού, ο γενικός ενισχυτής προ-ίνας EDFA χρησιμοποιεί άντληση 980 nm, ο ενισχυτής EDFA στο άκρο μετάδοσης χρησιμοποιεί μια υβριδική μέθοδο άντλησης 980 nm και 1 480 nm, και ειδικά σχεδιασμένα μέσα σύμφωνα με τις απαιτήσεις DWDM για φίλτρα οπτικής εξίσωσης. Επίπεδο φίλτρο διαφράγματος.
οbasic structure of an erbium doped fiber amplifier (FDFA):
Ένα τυπικό EDFA αποτελείται από ίνα με νάρκωση erbium, πηγή αντλίας, πολυπλέκτη διαίρεσης μήκους κύματος, οπτικό μονωτή και οπτικό φίλτρο. Η ίνα με νάρθηκα erbium παρέχει ενίσχυση, η πηγή της αντλίας παρέχει επαρκή ισχύ αντλίας και ο πολυπλέκτης διαίρεσης μήκους κύματος συνδυάζει το φως σήματος και το φως της αντλίας στην ίνα με νάρθηκα erbium. Ο οπτικός μονωτής εξασφαλίζει μονόδρομη μετάδοση φωτός για την αποφυγή ανακλάσεων φωτός από οπτικές ταλαντώσεις και το φως ανάδρασης προκαλεί διαταραχές στην κατάσταση λειτουργίας του λέιζερ σήματος. Ο ρόλος του οπτικού φίλτρου είναι να φιλτράρει τον θόρυβο ASE στον οπτικό ενισχυτή και να βελτιώσει την αναλογία σήματος προς θόρυβο του EDFA. Συνήθως το EDFA έχει τρεις τύπους αντλιών: αντλία συν-κατεύθυνσης, αντίστροφη αντλία και αντλία αμφίδρομης. Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η ενίσχυση του EDFA είναι σταθερή (δηλαδή, ο γραμμικός ενισχυτής του προενισχυτή και η γραμμή) ή η ισχύς εξόδου είναι σταθερή (δηλ. Ο ενισχυτής ισχύος κορεσμού στο άκρο μετάδοσης), είναι απαραίτητο να σχεδιαστεί ένα βοηθητικό κύκλωμα για την παρακολούθηση της ισχύος εισόδου και εξόδου του EDFA, καθώς και της πηγής άντλησης. Η κατάσταση εργασίας παρακολουθείται και ελέγχεται. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα παρακολούθησης, οι παράμετροι λειτουργίας της πηγής φωτός αντλίας προσαρμόζονται κατάλληλα για να κάνουν το EDFA να λειτουργεί στη βέλτιστη κατάσταση. Επιπλέον, το βοηθητικό τμήμα κυκλώματος περιλαμβάνει επίσης κυκλώματα για λειτουργίες προστασίας όπως ο αυτόματος έλεγχος θερμοκρασίας και ο αυτόματος έλεγχος ισχύος.
Βασική απόδοση του ενισχυτή erbium doped fiber (EDFA):
οbasic performance of EDFA is reflected in gain, output power and noise, as well as bandwidth and equalization.
1. Χαρακτηριστικά κέρδους Τα χαρακτηριστικά κέρδους αντιπροσωπεύουν την ικανότητα ενίσχυσης της αναλογίας της ισχύος εξόδου του οπτικού ενισχυτή προς την ισχύ εισόδου. Σχετίζεται με διάφορους παράγοντες, γενικά εκφρασμένους σε dB, και ο συντελεστής ενίσχυσης που χρησιμοποιείται συνήθως είναι 15 έως 40 dB. Γενικά, το κέρδος σχετίζεται άμεσα με την ισχύ της αντλίας και επίσης με το μήκος της ίνας με νάρκωση erbium. Η καλύτερη τιμή μπορεί να βρεθεί μέσω πειράματος.
2. Χαρακτηριστικά ισχύος εξόδου Για έναν ιδανικό γραμμικό οπτικό ενισχυτή, το οπτικό σήμα μπορεί να ενισχυθεί και να εξάγεται με το ίδιο κέρδος ανεξάρτητα από την οπτική ισχύ εισόδου. Προκειμένου να διασφαλιστεί αυτή η κατάσταση, γενικά μόνο όταν εισάγεται ένα μικρό οπτικό σήμα, η έξοδος του οπτικού σήματος που ενισχύεται με επαρκές κέρδος είναι ανεπαρκής για να μειώσει τον αριθμό των σωματιδίων του επιπέδου ενέργειας της αντλίας που εισάγεται στο λέιζερ. Ωστόσο, όταν η οπτική ισχύς εισόδου είναι αρκετά μεγάλη, η ισχύς εγχύσεως δεν επαρκεί για να αντισταθμίσει την ισχύ εξόδου μετά την ενίσχυση, έτσι ώστε ο αριθμός των ανεστραμμένων σωματιδίων να είναι κορεσμένος και μειωμένος, και έτσι η οπτική ισχύς εξόδου μειώνεται, η οποία επηρεάζει τη μείωση του παράγοντα ενίσχυσης, δηλαδή του κορεσμού κέρδους. , έτσι ώστε η ενίσχυση εισέρχεται στην περιοχή κορεσμού μη γραμμικής ενίσχυσης. Η μέγιστη ισχύς εξόδου του EDFA εκφράζεται συνήθως ως κορεσμένη ισχύ εξόδου 3 dB, η οποία αντιστοιχεί στην ισχύ εξόδου όταν το κέρδος κορεσμού μειωθεί κατά 3 dB, αντανακλώντας τη μέγιστη ικανότητα εξόδου ισχύος του EDFA. Τα χαρακτηριστικά εξόδου κορεσμού του EDFA σχετίζονται με την ισχύ της αντλίας, το μήκος των ινών με νάρκωση erbium και τη δομή. Όσο υψηλότερη είναι η οπτική ισχύς της αντλίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς κορεσμένης παραγωγής 3 dB. όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος των ινών με νάρκωση, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς κορεσμένης παραγωγής 3 dB.
3. Χαρακτηριστικά θορύβου Ο οπτικός θόρυβος που εισήγαγε το EDFA κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ενίσχυσης είναι κυρίως η αυθόρμητη ακτινοβολούμενη οπτική ισχύς στην ενεργοποιημένη erbium-doped fiber και στη συνέχεια ενισχύεται από την ενεργή περιοχή της erbium-doped fiber, η οποία είναι μια ενισχυμένη αυθόρμητη εκπομπή οπτικός θόρυβος. . Υπάρχουν τέσσερις κύριες πηγές θορύβου: θόρυβος λήψης φωτός σήματος, θόρυβος λήψης ενισχυμένης αυθόρμητης εκπομπής ASE, θόρυβος κτυπήματος μεταξύ φάσματος εκπομπών λευκού φωτός ASE και φωτεινού σήματος και θόρυβος μεταξύ φασμάτων αυτόματης εκπομπής ASE. . Μεταξύ αυτών, οι δύο τελευταίες έχουν τη μεγαλύτερη επιρροή, και ο θόρυβος κτυπήματος μεταξύ του αυθόρμητου φάσματος εκπομπών ASE και του φωτός σήματος είναι ο κύριος παράγοντας που καθορίζει την απόδοση του EDFA. Το χαρακτηριστικό θορύβου του EDFA μπορεί να εκφραστεί από το σχήμα θορύβου NF, που είναι ο λόγος του λόγου σήματος εισόδου προς θόρυβο του EDFA προς το λόγο σήματος εξόδου προς θόρυβο, εκφρασμένος σε dB. Συνδέεται στενά με την αυθόρμητη φασματική πυκνότητα εκπομπών και το κέρδος ενισχυτή της μετάδοσης σε φάση και σχετίζεται με την ισχύ σήματος εισόδου, την ισχύ της αντλίας και τον τρόπο άντλησης. Κάτω από την είσοδο ενός μικρού οπτικού σήματος, το σχήμα θορύβου NF του οπτικού ενισχυτή αυξάνει την διεγερμένη ακτινοβολία καθώς αυξάνεται η ισχύς του σήματος εισόδου και η αναλογία της αυθόρμητης ακτινοβολίας εξασθενεί, μειώνοντας έτσι το σχήμα θορύβου NF. Κάτω από την είσοδο μεγάλου οπτικού σήματος, η τιμή θορύβου NF του οπτικού ενισχυτή μειώνεται με την αύξηση της ισχύος σήματος εισόδου και η οπτική ισχύς της αυθόρμητης ακτινοβολίας αυξάνεται, έτσι ώστε η τιμή θορύβου NF να αυξάνεται. Η τιμή θορύβου μειώνεται καθώς αυξάνεται η ισχύς της αντλίας. Η ισχύς θορύβου του EDFA αποτελείται από δύο μέρη, το ένα είναι η ακτινοβολία που εκπέμπει το λευκό που παράγεται από κάθε ίνα μικρού μήκους και το μεγαλύτερο μέρος της είναι η ενίσχυση της αυθόρμητης ακτινοβολίας που παράγεται από την ίνα στο μπροστινό μέρος της ίνας, ότι είναι, η ενισχυμένη αυθόρμητη εκπομπή. Όσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς της αντλίας, τόσο μικρότερη είναι η αναλογία του προηγούμενου μέρους, επειδή παρόλο που η ισχύς θορύβου εξόδου αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος της αντλίας, το σήμα κερδίζει επίσης, οπότε το ποσοστό της αυθόρμητης ακτινοβολίας που παράγεται από κάθε ίνα είναι υψηλότερο. Μικρό, οπότε βελτιώνεται ο συνολικός λόγος σήματος προς θόρυβο, δηλαδή χαμηλώνεται ο αριθμός θορύβου NF.