Odborné znalosti

Erbiem dopovaný vláknový zesilovač (EDFA)

2021-03-19
Základní princip práce:
Theerbiem dopovaný vláknový zesilovač (EDFA)je médium, které využívá ionty hélia k dosažení přeměny energie. Okno zesílení energie má okno provozní vlnové délky 1 550 nm a šířku 50 am, což je v souladu s oknem s nízkou ztrátou vlákna. Okno vstřikování energie je 980 nm a 1 480 nm. Obecně se erbiem dotované iontové vlákno připravuje jako EDFA amplifikační jádro, tj. aktivní médium. Zesilovací systém je laserový tříúrovňový systém, vstřikovaná světelná energie 980 nm je absorbována ionty helia na vysokoenergetickou hladinu 4" a přechodová hladina 4n laseru je převáděna relaxační oscilací. dlouhá životnost energetické hladiny, velké množství akumulace Aktivované částice, které si rezervují velké množství energie a poté projdou stimulované záření se signálním světlem, získají znásobený signál o stejné frekvenci a stejné fázi a vrátí částic do základního stavu. Indukovaný šum v procesu zesílení je spontánní záření ( Amplified Spontaneous Emission (ASE), které souvisí s vlnovou délkou vývěvy. Obecně platí, že laserová vývěva 980 nm má nízkou účinnost a nízkou hlučnost , zatímco 1 480 nm laser je vysoce účinný a hlučný. V procesu návrhu používá obecný předvláknový zesilovač EDFA 980 nm čerpání, booster Booster EDFA na vysílací straně využívá hybridní čerpací metodu 980 nm a 1 480 nm a speciálně navržená média podle požadavků DWDM pro optické vyrovnávací filtry. Membránový plochý filtr.
Základní struktura erbiem dopovaného vláknového zesilovače (FDFA):
Typický EDFA se skládá z vlákna dotovaného erbiem, zdroje čerpadla, multiplexoru s dělením vlnové délky, optického izolátoru a optického filtru. Vlákno dotované erbiem zajišťuje zesílení, zdroj pumpy poskytuje dostatečný výkon pumpy a multiplexor s vlnovou délkou spojuje signální světlo a světlo pumpy do vlákna dotovaného erbiem. Optický izolátor zajišťuje jednosměrný přenos světla, aby nedocházelo k odrazům světla ve formě optických oscilací a zpětná vazba světla způsobuje poruchy v provozním stavu signálního laseru. Úlohou optického filtru je odfiltrovat šum ASE v optickém zesilovači a zlepšit poměr signálu k šumu EDFA. EDFA má obvykle tři typy čerpadel: jednosměrné čerpadlo, zpětné čerpadlo a dvoucestné čerpadlo. Aby bylo zajištěno, že zesílení EDFA je konstantní (tj. lineární zesilovač předzesilovače a linky) nebo výstupní výkon konstantní (tj. saturační výkonový zesilovač na vysílací straně), je nutné navrhnout pomocný obvod pro monitorování vstupního a výstupního výkonu EDFA a také čerpacího zdroje. Pracovní stav je monitorován a kontrolován. Podle výsledků monitorování jsou pracovní parametry světelného zdroje pumpy vhodně nastaveny tak, aby EDFA fungovala v optimálním stavu. Kromě toho sekce pomocných obvodů obsahuje také obvody pro ochranné funkce, jako je automatická regulace teploty a automatická regulace výkonu.
Základní výkon erbiem dopovaného vláknového zesilovače (EDFA):
Základní výkon EDFA se odráží v zisku, výstupním výkonu a šumu, stejně jako v šířce pásma a ekvalizaci.
1. Charakteristika zesílení Charakteristika zesílení představuje schopnost zesílení poměru výstupního výkonu optického zesilovače ke vstupnímu výkonu. Souvisí s různými faktory, obecně se vyjadřuje v dB, a běžně používaný faktor zesílení je 15 až 40 dB. Obecně platí, že zisk přímo souvisí s výkonem čerpadla a také s délkou vlákna dotovaného erbiem. Nejlepší hodnotu lze zjistit experimentem.
2. Charakteristika výstupního výkonu Pro ideální lineární optický zesilovač lze optický signál zesílit a vystupovat se stejným ziskem bez ohledu na vstupní optický výkon. Pro zajištění tohoto stavu, obecně pouze při vstupu malého optického signálu, je výstup optického signálu zesílený dostatečným ziskem nedostatečný pro snížení počtu částic energetické hladiny výkonu čerpadla vstřikovaného do laseru. Když je však vstupní optický výkon dostatečně velký, vstřikovaný výkon je nedostatečný pro kompenzaci výstupního výkonu po zesílení, takže počet invertovaných částic se nasytí a sníží, a tím se sníží výstupní optický výkon, což ovlivňuje pokles faktoru zesílení, tedy saturace zisku. , takže amplifikace vstoupí do nelineární oblasti nasycení amplifikace. Maximální výstupní výkon EDFA je obvykle vyjádřen jako saturovaný výstupní výkon 3 dB, což odpovídá výstupnímu výkonu, když zisk saturace klesne o 3 dB, což odráží maximální výstupní výkon EDFA. Výstupní charakteristiky nasycení EDFA souvisí s výkonem čerpadla, délkou vlákna dopovaného erbiem a strukturou. Čím vyšší je optický výkon čerpadla, tím větší je saturovaný výstupní výkon 3 dB; čím delší je délka vlákna dopovaného erbiem, tím větší je nasycený výstupní výkon 3 dB.
x