Princip i primjenaEDFA pojačalo s vlaknima dopiranim erbijem
Osnovna strukturaEDFAErbijumom dopirano vlakno pojačalo, koje se uglavnom sastoji od aktivnog medija (desetine metara dugo dopirano kvarcno vlakno, prečnika jezgra 3-5 mikrona, koncentracije dopiranja (25-1000)x10-6), izvora svjetlosti pumpe (990 ili 1480nm LD), optičkog spojnika i optičkog izolatora. Signalna svjetlost i svjetlost pumpe mogu se širiti u istom smjeru (ko-pumpanje), suprotnom smjeru (obrnuto pumpanje) ili oba smjera (dvosmjerno pumpanje) u erbium vlaknu. Kada se signalna svjetlost i svjetlost pumpe ubrizgavaju u erbium vlakno istovremeno, erbijum ion se pod djelovanjem svjetlosti pumpe pobuđuje na visoki energetski nivo (sistem s tri nivoa) i ubrzo se raspada na metastabilni nivo. Kada se pod djelovanjem upadne signalne svjetlosti vrati u osnovno stanje, emituje se foton koji odgovara signalnoj svjetlosti, tako da se signal pojačava. Njegov spektar pojačane spontane emisije (ASE) ima veliku širinu pojasa (do 20-40 nm) i dva vrha koji odgovaraju 1530 nm i 1550 nm respektivno.
Glavne prednostiEDFA pojačalosu visoko pojačanje, veliki propusni opseg, visoka izlazna snaga, visoka efikasnost pumpanja, niski uneseni gubitak i neosjetljivost na stanja polarizacije.
Princip rada pojačala s vlaknima dopiranim erbijem
Pojačalo s vlaknima dopiranim erbijemEDFA optički pojačavač) se uglavnom sastoji od vlakna dopiranog erbijem (dužine oko 10-30 m) i izvora svjetlosti pumpe. Princip rada je da vlakno dopirano erbijem generira stimulirano zračenje pod djelovanjem izvora svjetlosti pumpe (talasna dužina 980 nm ili 1480 nm), a zračena svjetlost se mijenja s promjenom ulaznog svjetlosnog signala, što je ekvivalentno pojačavanju ulaznog svjetlosnog signala. Rezultati pokazuju da je pojačanje pojačala s vlaknima dopiranim erbijem obično 15-40 dB, a udaljenost releja može se povećati za više od 100 km. Dakle, ljudi ne mogu a da se ne zapitaju: zašto su naučnici smislili korištenje dopiranog erbija u pojačalu s vlaknima kako bi povećali intenzitet svjetlosnih talasa? Znamo da je erbijum rijetkozemni element, a rijetkozemni elementi imaju svoje posebne strukturne karakteristike. Dopiranje rijetkozemnih elemenata u optičkim uređajima se dugo koristi za poboljšanje performansi optičkih uređaja, tako da ovo nije slučajan faktor. Osim toga, zašto je talasna dužina izvora svjetlosti pumpe odabrana na 980nm ili 1480nm? U stvari, talasna dužina izvora svjetlosti pumpe može biti 520nm, 650nm, 980nm i 1480nm, ali praksa je pokazala da je efikasnost lasera izvora svjetlosti pumpe od 1480nm najveća, a slijedi je talasna dužina izvora svjetlosti pumpe od 980nm.
Fizička struktura
Osnovna struktura erbijem dopiranog optičkog pojačala (EDFA optičko pojačalo). Na ulaznom i izlaznom kraju nalazi se izolator, čija je svrha jednosmjerni prijenos optičkog signala. Pobudni izvor pumpe ima valnu dužinu od 980nm ili 1480nm i koristi se za dovod energije. Funkcija spojnice je spajanje ulaznog optičkog signala i svjetlosti pumpe u erbijem dopirano vlakno, te prijenos energije svjetlosti pumpe na ulazni optički signal djelovanjem erbijem dopiranog vlakna, kako bi se ostvarilo energetsko pojačanje ulaznog optičkog signala. Da bi se dobila veća izlazna optička snaga i niži indeks šuma, erbijem dopirano optičko pojačalo koje se koristi u praksi usvaja strukturu od dva ili više izvora pumpe s izolatorima u sredini radi međusobnog izoliranja. Da bi se dobila šira i ravnija krivulja pojačanja, dodaje se filter za izravnavanje pojačanja.
EDFA se sastoji od pet glavnih dijelova: vlakna dopiranog erbijem (EDF), optičkog spojnika (WDM), optičkog izolatora (ISO), optičkog filtera i napajanja pumpanjem. Uobičajeno korišteni izvori pumpanja uključuju 980nm i 1480nm, a ova dva izvora pumpanja imaju veću efikasnost pumpanja i češće se koriste. Koeficijent šuma izvora svjetlosti pumpanja od 980nm je niži; izvor svjetlosti pumpanja od 1480nm ima veću efikasnost pumpanja i može postići veću izlaznu snagu (oko 3dB više od izvora svjetlosti pumpanja od 980nm).
prednost
1. Radna talasna dužina je u skladu sa minimalnim prozorom slabljenja jednomodnog vlakna.
2. Visoka efikasnost spajanja. Budući da je u pitanju optičko pojačalo, lako se spaja s prijenosnim optičkim vlaknom.
3. Visoka efikasnost konverzije energije. Jezgro EDF-a je manje od jezgra prijenosnog vlakna, a signalna svjetlost i svjetlost pumpe se prenose istovremeno u EDF-u, tako da je optički kapacitet vrlo koncentriran. To čini interakciju između svjetlosti i Er iona kao medija pojačanja vrlo potpunom, zajedno s odgovarajućom dužinom vlakna dopiranog erbijem, tako da je efikasnost konverzije svjetlosne energije visoka.
4. Visoko pojačanje, nizak indeks šuma, velika izlazna snaga, nisko preslušavanje između kanala.
5. Karakteristike stabilnog pojačanja: EDFA nije osjetljiv na temperaturu, a pojačanje ima malu korelaciju s polarizacijom.
6. Funkcija pojačanja je nezavisna od brzine prenosa sistema i formata podataka.
nedostatak
1. Nelinearni efekat: EDFA pojačava optičku snagu povećanjem optičke snage ubrizgane u vlakno, ali što je veća to bolje. Kada se optička snaga poveća do određene mjere, pojavit će se nelinearni efekat optičkog vlakna. Stoga, prilikom korištenja optičkih pojačala, treba obratiti pažnju na vrijednost kontrole ulazne snage optičkog vlakna jednog kanala.
2. Raspon talasnih dužina pojačanja je fiksan: radni opseg talasnih dužina C-pojasa EDFA je 1530nm~1561nm; radni opseg talasnih dužina L-pojasa EDFA je 1565nm~1625nm.
3. Neravnomjeran propusni opseg pojačanja: Propusni opseg pojačanja EDFA erbijem dopiranog optičkog pojačala je vrlo širok, ali spektar pojačanja samog EDF-a nije ravan. Za izravnavanje pojačanja u WDM sistemu mora se usvojiti filter za izravnavanje pojačanja.
4. Problem svjetlosnog udara: Kada je putanja svjetlosti normalna, erbijeve ione pobuđene svjetlošću pumpe odnosi signalna svjetlost, čime se dovršava pojačavanje signalne svjetlosti. Ako je ulazna svjetlost skraćena, zbog toga što se metastabilni erbijevi ioni nastavljaju akumulirati, nakon što se ulazna signalna svjetlost obnovi, energija će skočiti, što će rezultirati svjetlosnim udarom.
5. Rješenje za optički prenapon je realizacija funkcije automatskog smanjenja optičke snage (APR) ili automatskog isključivanja optičkog napajanja (APSD) u EDFA, odnosno, EDFA automatski smanjuje snagu ili automatski isključuje napajanje kada nema ulaznog svjetla, čime se suzbija pojava fenomena prenapona.
Način primjene
1. Pojačivač snage se koristi za pojačavanje snage višestrukih talasnih dužina nakon pojačavajućeg talasa, a zatim za njihov prenos. Budući da je snaga signala nakon pojačavajućeg talasa uglavnom velika, indeks šuma i pojačanje pojačavača snage nisu jako visoki. Ima relativno veliku izlaznu snagu.
2. Linijsko pojačalo, nakon pojačala snage, koristi se za periodičnu kompenzaciju gubitaka linijskog prijenosa, što uglavnom zahtijeva relativno mali indeks šuma i veliku izlaznu optičku snagu.
3. Predpojačalo: Prije razdjelnika i nakon linijskog pojačala, koristi se za pojačavanje signala i poboljšanje osjetljivosti prijemnika (u slučaju da odnos optičkog signala i šuma (OSNR) zadovoljava zahtjeve, veća ulazna snaga može potisnuti šum samog prijemnika i poboljšati osjetljivost prijema), a indeks šuma je vrlo mali. Nema velikih zahtjeva za izlaznu snagu.
Vrijeme objave: 17. mart 2025.