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 následně procházejí stimulované záření se signálním světlem, získávají znásobený signál o stejné frekvenci a stejné fázi a vracejí částice 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 se zabránilo odrazům světla ve formě optických oscilací a zpětnovazební světlo způsobuje poruchy v provozním stavu signálního laseru. Úlohou optického filtru je odfiltrovat ASE šum 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 je saturován a snížen, a tím se snižuje 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 3 dB nasycený výstupní výkon, 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.
3. Šumové charakteristiky Optický šum zaváděný EDFA během procesu zesílení je hlavně spontánně vyzařovaný optický výkon v aktivovaném erbiem dotovaném vláknu a poté zesílený aktivní oblastí erbiem dotovaného vlákna, což je zesílená spontánní emise. optický šum. . Existují čtyři hlavní zdroje hluku: šum výstřelu signálního světla, výstřelový šum zesílené spontánní emise ASE, šum mezi spektrem ASE emise bílého světla a signálním světlem a šum mezi spektry spontánní emise ASE. . Mezi nimi mají posledně jmenované dva největší vliv a hlavním faktorem určujícím výkon EDFA je tepový šum mezi spektrem spontánní emise ASE a signálním světlem. Šumová charakteristika EDFA může být vyjádřena šumovým číslem NF, což je poměr poměru vstupního signálu k šumu EDFA k poměru výstupního signálu k šumu, vyjádřený v dB. Úzce souvisí se spektrální hustotou spontánní emise a zesílením zesilovače soufázového přenosu a souvisí s výkonem vstupního signálu, výkonem čerpadla a režimem čerpání. Při vstupu malého optického signálu zvyšuje šumové číslo NF optického zesilovače stimulované záření, jak se zvyšuje výkon vstupního signálu, a poměr spontánního záření je oslaben, čímž se snižuje šumové číslo NF. Při vstupu velkého optického signálu se šumové číslo NF optického zesilovače snižuje se zvyšováním výkonu vstupního signálu a zvyšuje se optický výkon spontánního záření, takže šumové číslo NF se zvyšuje. Hlukové číslo se snižuje s rostoucím výkonem čerpadla. Šumová síla EDFA se skládá ze dvou částí, jedna je bílé vyzařující záření generované každým vláknem o malé délce a většina z toho je zesílení spontánního záření generovaného vláknem do přední části vlákna, tj. je zesílená spontánní emise. Čím větší je výkon čerpadla, tím menší je podíl první části, protože i když výstupní šumový výkon roste s nárůstem výkonu čerpadla, získává také signál, takže podíl spontánního záření generovaného každým vláknem je vyšší. Malý, takže se zlepší celkový odstup signálu od šumu, to znamená, že se sníží šumové číslo NF.