Princip och tillämpning avEDFA erbiumdopad fiberförstärkare
Den grundläggande strukturen avEDFAErbiumdopad fiberförstärkare, som huvudsakligen består av ett aktivt medium (dussintals meter lång dopad kvartsfiber, kärndiameter 3-5 mikron, dopningskoncentration (25-1000) x 10-6), pumpljuskälla (990 eller 1480 nm LD), optisk kopplare och optisk isolator. Signalljus och pumpljus kan fortplanta sig i samma riktning (sampumpning), motsatt riktning (omvänd pumpning) eller båda riktningarna (dubbelriktad pumpning) i Erbiumfibern. När signalljuset och pumpljuset injiceras i erbiumfibern samtidigt, exciteras erbiumjonen till den höga energinivån (trenivåsystem) under inverkan av pumpljuset och sönderfaller snart till den metastabila nivån. När den återgår till grundtillståndet under inverkan av det infallande signalljuset, avges fotonen som motsvarar signalljuset, så att signalen förstärks. Dess förstärkta spontana emissionsspektrum (ASE) har en stor bandbredd (upp till 20–40 nm) och har två toppar motsvarande 1530 nm respektive 1550 nm.
De främsta fördelarna medEDFA-förstärkareär hög förstärkning, stor bandbredd, hög uteffekt, hög pumpeffektivitet, låg insättningsförlust och okänslighet för polarisationstillstånd.
Arbetsprincipen för en erbiumdopad fiberförstärkare
Den erbiumdopade fiberförstärkaren (EDFA optisk förstärkare） består huvudsakligen av en erbiumdopad fiber (cirka 10-30 m lång) och en pumpljuskälla. Funktionsprincipen är att den erbiumdopade fibern genererar stimulerad strålning under inverkan av den pumpade ljuskällan (våglängd 980 nm eller 1480 nm), och det utstrålade ljuset förändras med förändringen av ingångsljussignalen, vilket motsvarar att förstärka ingångsljussignalen. Resultaten visar att förstärkningen för en erbiumdopad fiberförstärkare vanligtvis är 15-40 dB, och reläavståndet kan ökas med mer än 100 km. Så folk kan inte låta bli att fråga: varför kom forskare på att använda dopad erbium i fiberförstärkare för att öka ljusvågornas intensitet? Vi vet att erbium är ett sällsynt jordartsmetall, och sällsynta jordartsmetaller har sina speciella strukturella egenskaper. Dopning av sällsynta jordartsmetaller i optiska anordningar har använts länge för att förbättra prestandan hos optiska anordningar, så detta är inte en slumpmässig faktor. Dessutom, varför väljs våglängden för pumpljuskällan till 980 nm eller 1480 nm? Faktum är att våglängden för pumpljuskällan kan vara 520 nm, 650 nm, 980 nm och 1480 nm, men praktiken har visat att våglängden för 1480 nm pumpljuskällans lasereffektivitet är högst, följt av våglängden för 980 nm pumpljuskälla.
Fysisk struktur
Grundstruktur för erbiumdopad fiberförstärkare (EDFA optisk förstärkare). Det finns en isolator vid ingångs- och utgångsänden, syftet är att göra den optiska signalen enkelriktad. Pumpexciteraren har en våglängd på 980 nm eller 1480 nm och används för att tillhandahålla energi. Kopplarens funktion är att koppla den optiska ingångssignalen och pumpljuset till den erbiumdopade fibern, och överföra energin från pumpljuset till den optiska ingångssignalen genom den erbiumdopade fiberns verkan, för att uppnå energiförstärkning av den optiska ingångssignalen. För att erhålla högre utgångsoptisk effekt och lägre brusindex, använder den erbiumdopade fiberförstärkaren som används i praktiken strukturen med två eller flera pumpkällor med isolatorer i mitten för att isolera varandra. För att erhålla en bredare och plattare förstärkningskurva läggs ett förstärkningsutjämningsfilter till.
EDFA består av fem huvuddelar: erbiumdopad fiber (EDF), optisk kopplare (WDM), optisk isolator (ISO), optiskt filter och pumpförsörjning. Vanligt förekommande pumpkällor inkluderar 980 nm och 1480 nm, och dessa två pumpkällor har högre pumpeffektivitet och används oftare. Bruskoefficienten för 980 nm pumpljuskälla är lägre; 1480 nm pumpljuskälla har högre pumpeffektivitet och kan ge större uteffekt (cirka 3 dB högre än 980 nm pumpljuskälla).
fördel
1. Driftsvåglängden överensstämmer med det minsta dämpningsfönstret för single-mode-fiber.
2. Hög kopplingseffektivitet. Eftersom det är en fiberförstärkare är den enkel att koppla till transmissionsfibern.
3. Hög energiomvandlingseffektivitet. Kärnan i EDF är mindre än i transmissionsfiber, och signalljuset och pumpljuset överförs samtidigt i EDF, så den optiska kapaciteten är mycket koncentrerad. Detta gör att interaktionen mellan ljuset och förstärkningsmediet Er-jonen är mycket full, i kombination med lämplig längd på erbiumdopad fiber, så att omvandlingseffektiviteten för ljusenergi är hög.
4. Hög förstärkning, lågt brusindex, stor uteffekt, låg överhörning mellan kanalerna.
5. Stabila förstärkningsegenskaper: EDFA är inte temperaturkänslig, och förstärkningen har liten korrelation med polarisering.
6. Förstärkningsfunktionen är oberoende av systemets bithastighet och dataformat.
brist
1. Icke-linjär effekt: EDFA förstärker den optiska effekten genom att öka den optiska effekten som injiceras i fibern, men ju större desto bättre. När den optiska effekten ökas till en viss grad kommer den icke-linjära effekten av optisk fiber att produceras. Därför bör man, när man använder optiska fiberförstärkare, vara uppmärksam på värdet av att kontrollera den inkommande fiberoptiska effekten i en enda kanal.
2. Förstärkningsvåglängdsområdet är fast: arbetsvåglängdsområdet för C-band EDFA är 1530 nm ~ 1561 nm; arbetsvåglängdsområdet för L-band EDFA är 1565 nm ~ 1625 nm.
3. Ojämn förstärkningsbandbredd: Förstärkningsbandbredden för EDFA erbiumdopade fiberförstärkare är mycket bred, men förstärkningsspektrumet för EDF i sig är inte platt. Förstärkningsutjämningsfiltret måste användas för att platta ut förstärkningen i WDM-systemet.
4. Problem med ljusstötar: När ljusvägen är normal, förs erbiumjonerna som exciteras av pumpljuset bort av signalljuset, vilket fullbordar förstärkningen av signalljuset. Om ingångsljuset avkortas, på grund av att de metastabila erbiumjonerna fortsätter att ackumuleras, kommer energin att öka när signalljusingången återställs, vilket resulterar i ljusstötar.
5. Lösningen på optisk överspänning är att realisera funktionen för automatisk optisk effektreducering (APR) eller automatisk optisk avstängning (APSD) i EDFA, det vill säga att EDFA automatiskt minskar effekten eller stänger av strömmen automatiskt när det inte finns något ingångsljus, vilket undertrycker förekomsten av överspänningsfenomenet.
Applikationsläge
1. Boosterförstärkaren används för att öka effekten hos signaler med flera våglängder efter boostervågen och sedan sända dem. Eftersom signaleffekten efter boostervågen generellt är stor, är brusindex och förstärkning hos en effektförstärkare inte särskilt höga. Den har relativt stor uteffekt.
2. Linjeförstärkaren, efter effektförstärkaren, används för att periodiskt kompensera för förlusten i linjeöverföringen, vilket generellt kräver ett relativt litet brusindex och en hög optisk utgångseffekt.
3. Förförstärkare: Före splittern och efter linjeförstärkaren används den för att förstärka signalen och förbättra mottagarens känslighet (om det optiska signal-brusförhållandet (OSNR) uppfyller kraven kan den större ingångseffekten dämpa bruset från själva mottagaren och förbättra mottagningskänsligheten), och brusindexet är mycket litet. Det finns inga stora krav på uteffekten.
Publiceringstid: 17 mars 2025