Ojačevalnik vlaken, dopiranih z erbijem (EDFA)

Osnovno načelo delovanja:
Theojačevalnik vlaken, dopiranih z erbijem (EDFA)je medij, ki uporablja helijeve ione za doseganje pretvorbe energije. Okno za ojačanje energije ima delovno valovno dolžino 1 550 nm in širino 50 am, kar je skladno z oknom nizkih izgub vlakna. Okno za vbrizgavanje energije je 980 nm in 1 480 nm. Na splošno je ionsko vlakno, dopirano z erbijem, pripravljeno kot ojačevalno jedro EDFA, to je aktivni medij. Ojačevalni sistem je laserski tristopenjski sistem, vbrizgano svetlobno energijo 980 nm helijevi ioni absorbirajo na visoko energijsko raven 4", prehodna raven 4n laserja pa se prehaja z relaksacijskim nihanjem. Zaradi dolga življenjska doba energijske ravni, velika količina kopičenja Aktivirani delci, ki rezervirajo veliko količino energije, nato pa s signalno lučjo prehajajo stimulirano sevanje, dobijo pomnoženi signal enake frekvence in iste faze ter vrnejo delce v osnovno stanje. Povzročeni hrup v procesu ojačanja je spontano sevanje ( Amplified Spontaneous Emission (ASE), ki je povezana z valovno dolžino črpalke. Na splošno ima laserska črpalka 980 nm nizko učinkovitost in nizko raven hrupa , medtem ko je laser z dolžino 1 480 nm zelo učinkovit in hrupen. V procesu načrtovanja splošni ojačevalnik pred-vlaken EDFA uporablja črpanje 980 nm, ojačevalnik Booster EDFA na oddajnem koncu uporablja hibridno črpalno metodo 980 nm in 1 480 nm ter posebej oblikovani mediji v skladu z zahtevami DWDM za optične izravnalne filtre. Ploski membranski filter.
Osnovna struktura ojačevalnika vlaken, dopiranega z erbijem (FDFA):
Tipična EDFA je sestavljena iz vlakna, dopiranega z erbijem, vira črpalke, multipleksorja z delitvijo valovne dolžine, optičnega izolatorja in optičnega filtra. Vlakno, dopirano z erbijem, zagotavlja ojačanje, vir črpalke zagotavlja zadostno moč črpalke, multiplekser z delitvijo valovne dolžine pa združuje signalno svetlobo in svetlobo črpalke v vlakno, dopirano z erbijem. Optični izolator zagotavlja enosmerni prenos svetlobe, da prepreči odsev svetlobe, ki tvori optična nihanja, povratna svetloba pa povzroča motnje v delovnem stanju signalnega laserja. Vloga optičnega filtra je filtrirati šum ASE v optičnem ojačevalniku in izboljšati razmerje signal/šum EDFA. Običajno ima EDFA tri vrste črpalk: sosmerna črpalka, povratna črpalka in dvosmerna črpalka. Da bi zagotovili, da je ojačanje EDFA konstantno (tj. linearni ojačevalnik predojačevalnika in linije) ali da je izhodna moč konstantna (tj. ojačevalnik moči nasičenja na oddajnem koncu), je treba načrtovati pomožno vezje za spremljanje vhodne in izhodne moči EDFA ter črpalnega vira. Stanje dela se spremlja in nadzoruje. Glede na rezultate spremljanja so delovni parametri svetlobnega vira črpalke ustrezno prilagojeni, da EDFA deluje v optimalnem stanju. Poleg tega odsek pomožnega tokokroga vključuje tudi vezja za zaščitne funkcije, kot sta avtomatski nadzor temperature in avtomatski nadzor moči.
Osnovna zmogljivost ojačevalnika vlaken, dopiranega z erbijem (EDFA):
Osnovna zmogljivost EDFA se odraža v ojačenju, izhodni moči in šumu, pa tudi v pasovni širini in izenačevanju.
1. Značilnosti ojačevanja Karakteristike ojačevanja predstavljajo ojačevalno sposobnost razmerja med izhodno močjo optičnega ojačevalnika in vhodno močjo. Povezan je z različnimi faktorji, običajno izraženimi v dB, pogosto uporabljen faktor ojačanja pa je 15 do 40 dB. Na splošno je dobiček neposredno povezan z močjo črpalke in tudi z dolžino vlakna, dopiranega z erbijem. Najboljšo vrednost je mogoče najti s poskusom.
2. Značilnosti izhodne moči Za idealen linearni optični ojačevalnik se lahko optični signal ojača in odda z enakim ojačanjem, ne glede na vhodno optično moč. Da bi zagotovili ta pogoj, običajno le, ko je vhod majhen optični signal, izhod optičnega signala, ojačanega z zadostnim ojačenjem, ne zadostuje za zmanjšanje števila delcev energijskega nivoja moči črpalke, ki se vbrizga v laser. Ko pa je vhodna optična moč dovolj velika, je vbrizgana moč nezadostna za kompenzacijo izhodne moči po ojačanju, tako da je število obrnjenih delcev nasičeno in zmanjšano, s tem pa se zmanjša izhodna optična moč, kar vpliva na zmanjšanje faktorja ojačanja, to je nasičenosti ojačenja. , tako da ojačanje vstopi v območje nasičenosti nelinearne ojačitve. Največja izhodna moč EDFA je običajno izražena kot nasičena izhodna moč 3 dB, kar ustreza izhodni moči, ko dobiček nasičenosti pade za 3 dB, kar odraža največjo izhodno moč EDFA. Izhodne karakteristike nasičenosti EDFA so povezane z močjo črpalke, dolžino vlaken, dopiranih z erbijem, in strukturo. Večja kot je optična moč črpalke, večja je nasičena izhodna moč 3 dB; daljša kot je dolžina vlakna, dopiranega z erbijem, večja je nasičena izhodna moč 3 dB.
3. Značilnosti hrupa Optični šum, ki ga EDFA vnese med procesom ojačanja, je v glavnem spontana sevana optična moč v aktiviranem vlaknu, dopiranem z erbijem, in nato ojačana z aktivnim območjem vlakna, dopiranega z erbijem, ki je ojačana spontana emisija. optični šum. . Obstajajo štirje glavni viri hrupa: udarni šum signalne svetlobe, udarni šum ojačane spontane emisije ASE, utripni šum med spektrom emisij bele svetlobe in signalno svetlobo ter šum utripov med spektri ASE spontane emisije. . Med njimi imata zadnji dve največji vpliv, utripni šum med spektrom spontane emisije ASE in signalno svetlobo pa je glavni dejavnik, ki določa delovanje EDFA. Značilnost hrupa EDFA se lahko izrazi s številko šuma NF, ki je razmerje med vhodnim signalom in šumom EDFA in razmerjem med izhodnim signalom in šumom, izraženo v dB. Tesno je povezan s spektralno gostoto spontane emisije in ojačevalnikom pri prenosu v fazi in je povezan z močjo vhodnega signala, močjo črpalke in načinom črpanja. Pod vhodom majhnega optičnega signala šumna številka NF optičnega ojačevalnika poveča stimulirano sevanje, ko se moč vhodnega signala poveča, razmerje spontanega sevanja pa je oslabljeno, s čimer se zmanjša šum NF. Pri vhodu velikega optičnega signala se šumnost NF optičnega ojačevalnika s povečanjem moči vhodnega signala zmanjša, optična moč spontanega sevanja pa se poveča, tako da se poveča šum NF. Številka hrupa se zmanjša, ko se moč črpalke poveča. Moč hrupa EDFA je sestavljena iz dveh delov, eden je belo sevanje, ki ga ustvari vsako vlakno majhne dolžine, večina pa je ojačanje spontanega sevanja, ki ga ustvari vlakno, na sprednji del vlakna, ki je ojačana spontana emisija. Večja kot je moč črpalke, manjši je delež prvega dela, saj čeprav se izhodna moč hrupa povečuje s povečanjem moči črpalke, se poveča tudi signal, zato je delež spontanega sevanja, ki ga ustvari vsako vlakno, višji. Majhna, zato se izboljša splošno razmerje med signalom in šumom, to pomeni, da se vrednost šuma NF zniža.