Princip og anvendelse afEDFA erbium-doteret fiberforstærker
Den grundlæggende struktur afEDFAErbium-doteret fiberforstærker, som hovedsageligt består af et aktivt medium (snesevis af meter lange doterede kvartsfibre, kernediameter 3-5 mikron, doteringskoncentration (25-1000) x 10-6), pumpelyskilde (990 eller 1480 nm LD), optisk kobler og optisk isolator. Signallys og pumpelys kan udbrede sig i samme retning (co-pumping), modsat retning (reverse pumping) eller begge retninger (tovejs pumping) i Erbium-fiberen. Når signallys og pumpelys injiceres i erbium-fiberen på samme tid, exciteres erbiumionen til det høje energiniveau (tre-niveau system) under påvirkning af pumpelyset og henfalder snart til det metastabile niveau. Når den vender tilbage til grundtilstanden under påvirkning af det indfaldende signallys, udsendes den foton, der svarer til signallyset, så signalet forstærkes. Dets forstærkede spontane emissionsspektrum (ASE) har en stor båndbredde (op til 20-40 nm) og har to toppe svarende til henholdsvis 1530 nm og 1550 nm.
De vigtigste fordele vedEDFA-forstærkerer høj forstærkning, stor båndbredde, høj udgangseffekt, høj pumpeeffektivitet, lavt indsættelsestab og ufølsomhed over for polarisationstilstande.
Funktionsprincippet for en erbium-doteret fiberforstærker
Den erbiumdopede fiberforstærker (EDFA optisk forstærker） består hovedsageligt af en erbium-doteret fiber (ca. 10-30 m lang) og en pumpelyskilde. Funktionsprincippet er, at den erbium-dopede fiber genererer stimuleret stråling under påvirkning af den pumpede lyskilde (bølgelængde 980 nm eller 1480 nm), og det udstrålede lys ændrer sig med ændringen i inputlyssignalet, hvilket svarer til at forstærke inputlyssignalet. Resultaterne viser, at forstærkningen af en erbium-doteret fiberforstærker normalt er 15-40 dB, og relæafstanden kan øges med mere end 100 km. Så folk kan ikke lade være med at spørge: hvorfor fandt forskerne på at bruge doteret erbium i fiberforstærkere for at øge intensiteten af lysbølger? Vi ved, at erbium er et sjældent jordartselement, og sjældne jordartselementer har deres særlige strukturelle egenskaber. Doping af sjældne jordartselementer i optiske enheder har været brugt i lang tid til at forbedre ydeevnen af optiske enheder, så dette er ikke en tilfældig faktor. Derudover, hvorfor er bølgelængden for pumpelyskilden valgt til 980 nm eller 1480 nm? Faktisk kan bølgelængden for pumpelyskilden være 520 nm, 650 nm, 980 nm og 1480 nm, men praksis har vist, at bølgelængden for 1480 nm pumpelyskildens lasereffektivitet er den højeste, efterfulgt af bølgelængden for 980 nm pumpelyskilden.
Fysisk struktur
Grundstrukturen af en erbium-doteret fiberforstærker (EDFA optisk forstærker). Der er en isolator ved indgangsenden og udgangsenden, hvis formål er at transmittere det optiske signal i én retning. Pumpeexciteren har en bølgelængde på 980 nm eller 1480 nm og bruges til at levere energi. Koblerens funktion er at koble det optiske indgangssignal og pumpelyset ind i den erbium-dopede fiber og overføre energien fra pumpelyset til det optiske indgangssignal gennem den erbium-dopede fibers virkning for at realisere energiforstærkningen af det optiske indgangssignal. For at opnå højere optisk udgangseffekt og lavere støjindeks anvender den erbium-dopede fiberforstærker, der anvendes i praksis, en struktur med to eller flere pumpekilder med isolatorer i midten for at isolere hinanden. For at opnå en bredere og fladere forstærkningskurve tilføjes et forstærkningsudfladningsfilter.
EDFA'en består af fem hoveddele: Erbium-doteret fiber (EDF), optisk kobler (WDM), optisk isolator (ISO), optisk filter og pumpeforsyning. Almindeligt anvendte pumpekilder omfatter 980 nm og 1480 nm, og disse to pumpekilder har højere pumpeeffektivitet og bruges mere. 980 nm pumpelyskildens støjkoefficient er lavere; 1480 nm pumpelyskilden har højere pumpeeffektivitet og kan opnå større udgangseffekt (ca. 3 dB højere end 980 nm pumpelyskilden).
fordel
1. Driftsbølgelængden er i overensstemmelse med det minimale dæmpningsvindue for single-mode fiber.
2. Høj koblingseffektivitet. Fordi det er en fiberforstærker, er den nem at koble til transmissionsfiberen.
3. Høj energikonverteringseffektivitet. Kernen i EDF er mindre end i transmissionsfiber, og signallyset og pumpelyset transmitteres samtidigt i EDF, så den optiske kapacitet er meget koncentreret. Dette gør interaktionen mellem lys og forstærkningsmediet Er-ion meget fuld, kombineret med den passende længde af erbiumdoteret fiber, så konverteringseffektiviteten af lysenergi er høj.
4. Høj forstærkning, lavt støjindeks, stor udgangseffekt, lav krydstale mellem kanaler.
5. Stabile forstærkningsegenskaber: EDFA er ikke følsom over for temperatur, og forstærkning har ringe korrelation med polarisering.
6. Forstærkningsfunktionen er uafhængig af systemets bithastighed og dataformat.
mangel
1. Ikke-lineær effekt: EDFA forstærker den optiske effekt ved at øge den optiske effekt, der injiceres i fiberen, men jo større, jo bedre. Når den optiske effekt øges til en vis grad, vil der opstå en ikke-lineær effekt af den optiske fiber. Derfor skal man, når man bruger optiske fiberforstærkere, være opmærksom på værdien af at kontrollere den indgående fiberoptiske effekt i én kanal.
2. Forstærkningsbølgelængdeområdet er fast: arbejdsbølgelængdeområdet for C-bånd EDFA er 1530 nm ~ 1561 nm; arbejdsbølgelængdeområdet for L-bånd EDFA er 1565 nm ~ 1625 nm.
3. Ujævn forstærkningsbåndbredde: Forstærkningsbåndbredden for EDFA erbium-doteret fiberforstærker er meget bred, men selve EDF'ens forstærkningsspektrum er ikke fladt. Forstærkningsudjævningsfilteret skal anvendes for at udjævne forstærkningen i WDM-systemet.
4. Problem med lysbølger: Når lysvejen er normal, bliver de erbiumioner, der exciteres af pumpelyset, ført væk af signallyset, hvorved forstærkningen af signallyset fuldendes. Hvis inputlyset afkortes, fordi de metastabile erbiumioner fortsætter med at akkumulere, vil energien, når signallysinputtet genoprettes, springe, hvilket resulterer i lysbølger.
5. Løsningen på den optiske overspænding er at realisere den automatiske optiske effektreduktion (APR) eller automatiske optiske slukning (APSD) funktion i EDFA, det vil sige, at EDFA automatisk reducerer effekten eller automatisk slukker for strømmen, når der ikke er noget indgangslys, hvorved forekomsten af overspændingsfænomenet undertrykkes.
Applikationstilstand
1. Boosterforstærkeren bruges til at forstærke effekten af signaler med flere bølgelængder efter boosterbølgen og derefter transmittere dem. Da signaleffekten efter boosterbølgen generelt er stor, er støjindekset og forstærkningen for en effektforstærker ikke særlig høj. Den har en relativt stor udgangseffekt.
2. Linjeforstærkeren, efter effektforstærkeren, bruges til periodisk at kompensere for linjetransmissionstabet, hvilket generelt kræver et relativt lille støjindeks og en stor optisk udgangseffekt.
3. Forforstærker: Før splitteren og efter linjeforstærkeren bruges den til at forstærke signalet og forbedre modtagerens følsomhed (hvis det optiske signal-støjforhold (OSNR) opfylder kravene, kan den større indgangseffekt undertrykke selve modtagerens støj og forbedre modtagerens følsomhed), og støjindekset er meget lille. Der er ikke store krav til udgangseffekten.
Opslagstidspunkt: 17. marts 2025