Ενισχυτής ινών με πρόσμιξη ερβίου (EDFA)

Βασική αρχή λειτουργίας:
οενισχυτής ινών με πρόσμειξη ερβίου (EDFA)είναι ένα μέσο που χρησιμοποιεί ιόντα ηλίου για την επίτευξη μετατροπής ενέργειας. Το παράθυρο ενίσχυσης ενέργειας έχει παράθυρο μήκους κύματος λειτουργίας 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 ίνα ιόντων με πρόσμειξη ερβίου παρασκευάζεται ως πυρήνας ενίσχυσης EDFA, δηλαδή ενεργό μέσο. Το σύστημα ενίσχυσης είναι ένα σύστημα τριών επιπέδων λέιζερ, η εγχυόμενη φωτεινή ενέργεια των 980 nm απορροφάται από τα ιόντα ηλίου στο επίπεδο υψηλής ενέργειας 4", και το επίπεδο μετάβασης 4n του λέιζερ μετατοπίζεται από την ταλάντωση χαλάρωσης. μεγάλη διάρκεια ζωής του ενεργειακού επιπέδου, μεγάλη ποσότητα συσσώρευσης Τα ενεργοποιημένα σωματίδια, τα οποία αποθηκεύουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας και μετά περνούν την διεγερμένη ακτινοβολία με το φως σήματος, λαμβάνουν πολλαπλασιασμένο σήμα της ίδιας συχνότητας και της ίδιας φάσης και επιστρέφουν το σωματίδια στη βασική κατάσταση Ο επαγόμενος θόρυβος στη διαδικασία ενίσχυσης είναι η αυθόρμητη ακτινοβολία ( Ενισχυμένη Αυθόρμητη Εκπομπή (ASE), η οποία σχετίζεται με το μήκος κύματος της αντλίας. Γενικά, η αντλία λέιζερ 980 nm είναι χαμηλής απόδοσης και χαμηλού θορύβου , ενώ το λέιζερ 1 480 nm είναι εξαιρετικά αποδοτικό και θορυβώδες. Στη διαδικασία σχεδιασμού, ο γενικός ενισχυτής προϊνών EDFA χρησιμοποιεί άντληση 980 nm, ενώ ο ενισχυτής Booster EDFA στο άκρο εκπομπής χρησιμοποιεί μια υβριδική μέθοδο άντλησης 980 nm και 1 480 nm , και ειδικά σχεδιασμένα μέσα σύμφωνα με τις απαιτήσεις DWDM για φίλτρα οπτικής εξισορρόπησης. Επίπεδο φίλτρο διαφράγματος.
Η βασική δομή ενός ενισχυτή ινών με πρόσμιξη ερβίου (FDFA):
Ένα τυπικό EDFA αποτελείται από μια ίνα εμποτισμένη με έρβιο, μια πηγή αντλίας, έναν πολυπλέκτη διαίρεσης μήκους κύματος, έναν οπτικό απομονωτή και ένα οπτικό φίλτρο. Η ίνα εμποτισμένη με έρβιο παρέχει ενίσχυση, η πηγή αντλίας παρέχει επαρκή ισχύ αντλίας και ο πολυπλέκτης διαίρεσης μήκους κύματος συνδυάζει το φως σήματος και το φως της αντλίας στην ίνα με πρόσμειξη έρβιου. Ο οπτικός απομονωτής εξασφαλίζει μονόδρομη μετάδοση φωτός για να αποτρέψει τις αντανακλάσεις φωτός από οπτικές ταλαντώσεις και το φως ανάδρασης προκαλεί διαταραχές στη λειτουργική κατάσταση του λέιζερ σήματος. Ο ρόλος του οπτικού φίλτρου είναι να φιλτράρει τον θόρυβο ASE στον οπτικό ενισχυτή και να βελτιώνει την αναλογία σήματος προς θόρυβο του EDFA. Συνήθως το EDFA έχει τρεις τύπους αντλιών: αντλία ομοκατευθυντικής, αντίστροφη αντλία και αμφίδρομη αντλία. Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η ενίσχυση του EDFA είναι σταθερή (δηλ. ο γραμμικός ενισχυτής του προενισχυτή και της γραμμής) ή η ισχύς εξόδου είναι σταθερή (δηλ. ο ενισχυτής ισχύος κορεσμού στο άκρο εκπομπής), είναι απαραίτητο να σχεδιαστεί ένα βοηθητικό κύκλωμα για την παρακολούθηση της ισχύος εισόδου και εξόδου του EDFA, καθώς και της πηγής άντλησης. Η κατάσταση της εργασίας παρακολουθείται και ελέγχεται. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρακολούθησης, οι παράμετροι λειτουργίας της φωτεινής πηγής της αντλίας προσαρμόζονται κατάλληλα ώστε το EDFA να λειτουργεί στη βέλτιστη κατάσταση. Επιπλέον, το τμήμα του βοηθητικού κυκλώματος περιλαμβάνει επίσης κυκλώματα για λειτουργίες προστασίας, όπως αυτόματο έλεγχο θερμοκρασίας και αυτόματο έλεγχο ισχύος.
Βασική απόδοση του ενισχυτή ινών με ντοπαρισμένη με έρβιο (EDFA):
Η βασική απόδοση του EDFA αντικατοπτρίζεται στο κέρδος, στην ισχύ εξόδου και στο θόρυβο, καθώς και στο εύρος ζώνης και την εξισορρόπηση.
1. Χαρακτηριστικά απολαβής Τα χαρακτηριστικά απολαβής αντιπροσωπεύουν την ικανότητα ενίσχυσης του λόγου της ισχύος εξόδου του οπτικού ενισχυτή προς την ισχύ εισόδου. Σχετίζεται με διάφορους παράγοντες, που εκφράζονται γενικά σε dB, και ο συνήθως χρησιμοποιούμενος παράγοντας ενίσχυσης είναι 15 έως 40 dB. Γενικά, το κέρδος σχετίζεται άμεσα με την ισχύ της αντλίας και επίσης με το μήκος της ίνας με πρόσμειξη ερβίου. Η καλύτερη τιμή μπορεί να βρεθεί με πείραμα.
2. Χαρακτηριστικά ισχύος εξόδου Για έναν ιδανικό γραμμικό οπτικό ενισχυτή, το οπτικό σήμα μπορεί να ενισχυθεί και να εξέρχεται με το ίδιο κέρδος ανεξάρτητα από την οπτική ισχύ εισόδου. Προκειμένου να διασφαλιστεί αυτή η συνθήκη, γενικά μόνο όταν εισέρχεται ένα μικρό οπτικό σήμα, η έξοδος του οπτικού σήματος που ενισχύεται με επαρκή κέρδος είναι ανεπαρκής για τη μείωση του αριθμού των σωματιδίων του ενεργειακού επιπέδου της ισχύος της αντλίας που εγχέεται στο λέιζερ. Ωστόσο, όταν η οπτική ισχύς εισόδου είναι αρκετά μεγάλη, η εγχυόμενη ισχύς είναι ανεπαρκής για να αντισταθμίσει την ισχύ εξόδου μετά την ενίσχυση, έτσι ώστε ο αριθμός των ανεστραμμένων σωματιδίων να κορεσθεί και να μειωθεί, και έτσι η οπτική ισχύς εξόδου μειώνεται, γεγονός που επηρεάζει τη μείωση του συντελεστή ενίσχυσης, δηλαδή του κορεσμού απολαβής. , έτσι ώστε η ενίσχυση να εισέρχεται στη μη γραμμική περιοχή κορεσμού ενίσχυσης. Η μέγιστη ισχύς εξόδου του EDFA εκφράζεται συνήθως ως κορεσμένη ισχύς εξόδου 3 dB, η οποία αντιστοιχεί στην ισχύ εξόδου όταν το κέρδος κορεσμού πέφτει 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 της ίνας εμποτισμένης με έρβιο και τη δομή. Όσο μεγαλύτερη είναι η οπτική ισχύς της αντλίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η κορεσμένη ισχύς εξόδου των 3 dB. Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος της ίνας με πρόσμειξη ερβίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η κορεσμένη ισχύς εξόδου των 3 dB.
x