Принцип и применаEDFA појачавач са влакнима допираним ербијумом
Основна структураЕДФАПојачавач са влакнима допираним ербијумом, који се углавном састоји од активног медијума (допирано кварцно влакно дужине десетине метара, пречника језгра 3-5 микрона, концентрације допира (25-1000)x10-6), извора пумпне светлости (990 или 1480nm LD), оптичког спојника и оптичког изолатора. Сигнална светлост и пумпна светлост могу се ширити у истом смеру (ко-пумпање), супротном смеру (обрнуто пумпање) или у оба смера (двосмерно пумпање) у ербијумском влакну. Када се сигнална светлост и пумпна светлост убризгају у ербијумско влакно истовремено, јон ербијума се под дејством пумпне светлости побуђује на висок енергетски ниво (систем са три нивоа) и убрзо се распада на метастабилни ниво. Када се под дејством упадне сигналне светлости врати у основно стање, емитује се фотон који одговара сигналној светлости, тако да се сигнал појачава. Његов спектар појачане спонтане емисије (ASE) има велики пропусни опсег (до 20-40 нм) и има два врха који одговарају 1530 нм и 1550 нм, респективно.
Главне предностиЕДФА појачавачсу високо појачање, велики пропусни опсег, велика излазна снага, висока ефикасност пумпања, мали губитак уметања и неосетљивост на стања поларизације.
Принцип рада појачавача са влакнима допираним ербијумом
Појачавач са влакнима допираним ербијумомEDFA оптички појачавач） се углавном састоји од влакна допираног ербијумом (дужине око 10-30 м) и извора светлости пумпе. Принцип рада је да влакно допирано ербијумом генерише стимулисано зрачење под дејством извора пумпе (таласне дужине 980 нм или 1480 нм), а зрачена светлост се мења са променом улазног светлосног сигнала, што је еквивалентно појачавању улазног светлосног сигнала. Резултати показују да је појачање појачавача са влакнима допираним ербијумом обично 15-40 дБ, а удаљеност релеја може се повећати за више од 100 км. Дакле, људи не могу а да се не запитају: зашто су научници дошли на идеју да користе допирани ербијум у појачавачу са влакнима како би повећали интензитет светлосних таласа? Знамо да је ербијум редкоземни елемент, а реткоземни елементи имају своје посебне структурне карактеристике. Допирање реткоземних елемената у оптичким уређајима се дуго користи за побољшање перформанси оптичких уређаја, тако да ово није случајан фактор. Поред тога, зашто је таласна дужина извора светлости пумпе изабрана на 980 нм или 1480 нм? У ствари, таласна дужина извора светлости пумпе може бити 520 нм, 650 нм, 980 нм и 1480 нм, али пракса је доказала да је таласна дужина извора светлости пумпе од 1480 нм највећа, а затим следи таласна дужина извора светлости пумпе од 980 нм.
Физичка структура
Основна структура оптичког појачавача допираног ербијумом (EDFA оптички појачавач). На улазном и излазном крају налази се изолатор, чија је сврха једносмерни пренос оптичког сигнала. Побуђивач пумпе има таласну дужину од 980nm или 1480nm и користи се за обезбеђивање енергије. Функција спојнице је да споји улазни оптички сигнал и пумпну светлост у влакно допирано ербијумом и пренесе енергију пумпне светлости на улазни оптички сигнал деловањем влакна допираног ербијумом, како би се остварило енергетско појачање улазног оптичког сигнала. Да би се добила већа излазна оптичка снага и нижи индекс шума, оптички појачавач допиран ербијумом који се користи у пракси усваја структуру два или више извора пумпе са изолаторима у средини ради међусобне изолације. Да би се добила шира и равнија крива појачања, додаје се филтер за изравнавање појачања.
EDFA се састоји од пет главних делова: влакна допираног ербијумом (EDF), оптичког спрежника (WDM), оптичког изолатора (ISO), оптичког филтера и напајања пумпањем. Уобичајено коришћени извори пумпања укључују 980nm и 1480nm, а ова два извора пумпања имају већу ефикасност пумпања и више се користе. Коефицијент шума извора светлости пумпања од 980nm је нижи; извор светлости пумпања од 1480nm има већу ефикасност пумпања и може добити већу излазну снагу (око 3dB већу од извора светлости пумпања од 980nm).
предност
1. Радна таласна дужина је у складу са минималним прозором слабљења једномодног влакна.
2. Висока ефикасност повезивања. Пошто је у питању влакнасти појачавач, лако се повезује са преносним влакном.
3. Висока ефикасност конверзије енергије. Језгро EDF-а је мање од језгра преносног влакна, а сигнална светлост и светлост пумпе се преносе истовремено у EDF-у, тако да је оптички капацитет веома концентрисан. Ово чини интеракцију између светлости и медијума за појачање Er јона веома пуном, заједно са одговарајућом дужином влакна допираног ербијумом, тако да је ефикасност конверзије светлосне енергије висока.
4. Високо појачање, низак индекс шума, велика излазна снага, ниско преслушавање између канала.
5. Карактеристике стабилног појачања: EDFA није осетљив на температуру, а појачање има малу корелацију са поларизацијом.
6. Функција појачања је независна од системске брзине преноса и формата података.
недостатак
1. Нелинеарни ефекат: EDFA појачава оптичку снагу повећањем оптичке снаге која се убризгава у влакно, али што је већа, то боље. Када се оптичка снага повећа до одређене мере, произвешће се нелинеарни ефекат оптичког влакна. Стога, приликом коришћења појачавача са оптичким влакнима, треба обратити пажњу на вредност контроле једноканалне долазне оптичке снаге.
2. Опсег таласних дужина појачања је фиксан: радни опсег таласних дужина C-опсега EDFA је 1530nm~1561nm; радни опсег таласних дужина L-опсега EDFA је 1565nm~1625nm.
3. Неравномерни пропусни опсег појачања: Пропусни опсег појачања EDFA ербијумом допираног влакнастог појачавача је веома широк, али спектар појачања самог EDF-а није раван. Филтер за изравнавање појачања мора се усвојити да би се изравнало појачање у WDM систему.
4. Проблем са светлосним ударом: Када је путања светлости нормална, јони ербијума побуђени светлошћу пумпе се односе сигналном светлошћу, чиме се завршава појачавање сигналне светлости. Ако је улазна светлост скраћена, јер се метастабилни јони ербијума настављају акумулирати, када се улаз сигналне светлости обнови, енергија ће скочити, што ће резултирати светлосним ударом.
5. Решење за оптички пренапон је реализација функције аутоматског смањења оптичке снаге (APR) или аутоматског искључивања оптичке снаге (APSD) у EDFA, односно, EDFA аутоматски смањује снагу или аутоматски искључује напајање када нема улазног светла, чиме се сузбија појава феномена пренапона.
Режим апликације
1. Појачавач снаге се користи за појачавање снаге вишеструких таласних дужина након појачавајућег таласа, а затим за њихов пренос. Пошто је снага сигнала након појачавајућег таласа генерално велика, индекс шума и појачање појачавача снаге нису веома високи. Има релативно велику излазну снагу.
2. Линијско појачало, након појачала снаге, користи се за периодичну компензацију губитака у линијском преносу, генерално захтевајући релативно мали индекс шума и велику излазну оптичку снагу.
3. Претпојачало: Пре разделника и после линијског појачавача, користи се за појачавање сигнала и побољшање осетљивости пријемника (у случају да однос оптичког сигнала и шума (OSNR) испуњава захтеве, већа улазна снага може потиснути шум самог пријемника и побољшати осетљивост пријема), а индекс шума је веома мали. Нема великих захтева за излазну снагу.
Време објаве: 17. март 2025.