Beginsel en toepassing vanEDFA erbium-gedoteerde veselversterker
Die basiese struktuur vanEDFAerbium-gedoteerde veselversterker, wat hoofsaaklik bestaan uit 'n aktiewe medium (dosyne meters lange gedoteerde kwartsvesel, kerndiameter 3-5 mikron, doteringskonsentrasie (25-1000)x10-6), pompligbron (990 of 1480nm LD), optiese koppelaar en optiese isolator. Seinlig en pomplig kan in dieselfde rigting (ko-pomping), teenoorgestelde rigting (omgekeerde pomping), of beide rigtings (tweerigtingpomping) in die Erbiumvesel voortplant. Wanneer die seinlig en pomplig gelyktydig in die erbiumvesel ingespuit word, word die erbiumioon onder die werking van die pomplig tot die hoë energievlak (drievlakstelsel) opgewek en gou tot die metastabiele vlak verval. Wanneer dit onder die werking van die invallende seinlig na die grondtoestand terugkeer, word die foton wat ooreenstem met die seinlig uitgestraal, sodat die sein versterk word. Die versterkte spontane emissie (ASE) spektrum het 'n groot bandwydte (tot 20-40 nm) en het twee pieke wat ooreenstem met onderskeidelik 1530 nm en 1550 nm.
Die belangrikste voordele vanEDFA-versterkeris hoë wins, groot bandwydte, hoë uitsetkrag, hoë pompdoeltreffendheid, lae invoegverlies en ongevoeligheid vir polarisasietoestande.
Die werkbeginsel van erbium-gedoteerde veselversterker
Die Erbium-gedoteerde veselversterker (EDFA Optiese Versterker） bestaan hoofsaaklik uit 'n erbium-gedoteerde vesel (ongeveer 10-30 m lank) en 'n pompligbron. Die werkbeginsel is dat die erbium-gedoteerde vesel gestimuleerde straling genereer onder die werking van die gepompte ligbron (golflengte 980 nm of 1480 nm), en die uitgestraalde lig verander met die verandering van die insetligsein, wat gelykstaande is aan die versterking van die insetligsein. Die resultate toon dat die wins van die erbium-gedoteerde veselversterker gewoonlik 15-40 dB is, en die relaisafstand kan met meer as 100 km verhoog word. Dus kan mense nie anders as om te vra nie: waarom het wetenskaplikes daaraan gedink om gedoteerde erbium in veselversterker te gebruik om die intensiteit van liggolwe te verhoog? Ons weet dat erbium 'n seldsame aardelement is, en seldsame aardelemente het hul spesiale strukturele eienskappe. Die dotering van seldsame aardelemente in optiese toestelle word al lank gebruik om die werkverrigting van optiese toestelle te verbeter, dus dit is nie 'n toevallige faktor nie. Boonop, waarom word die golflengte van die pompligbron gekies as 980nm of 1480nm? Trouens, die golflengte van die pompligbron kan 520nm, 650nm, 980nm en 1480nm wees, maar die praktyk het bewys dat die golflengte van die 1480nm pompligbron se laserdoeltreffendheid die hoogste is, gevolg deur die golflengte van die 980nm pompligbron.
Fisiese struktuur
Basiese struktuur van erbium-gedoteerde veselversterker (EDFA Optiese Versterker). Daar is 'n isolator aan die inset- en uitsetpunte, die doel is om die optiese sein eenrigting-oordrag te maak. Die pompopwekker het 'n golflengte van 980 nm of 1480 nm en word gebruik om energie te verskaf. Die funksie van die koppelaar is om die inset optiese sein en die pomplig in die erbium-gedoteerde vesel te koppel, en die energie van die pomplig na die inset optiese sein oor te dra deur die werking van die erbium-gedoteerde vesel, om sodoende die energieversterking van die inset optiese sein te bewerkstellig. Om hoër uitset optiese krag en 'n laer geraasindeks te verkry, neem die erbium-gedoteerde veselversterker wat in die praktyk gebruik word, die struktuur van twee of meer pompbronne met isolators in die middel aan om mekaar te isoleer. Om 'n wyer en platter winskromme te verkry, word 'n winsafplattingsfilter bygevoeg.
Die EDFA bestaan uit vyf hoofdele: Erbium-gedoteerde vesel (EDF), optiese koppelaar (WDM), optiese isolator (ISO), optiese filter en pomptoevoer. Algemeen gebruikte pompbronne sluit in 980nm en 1480nm, en hierdie twee pompbronne het hoër pompdoeltreffendheid en word meer gebruik. Die 980nm pompligbron se geraaskoëffisiënt is laer; die 1480nm pompligbron het hoër pompdoeltreffendheid en kan groter uitsetkrag verkry (ongeveer 3dB hoër as die 980nm pompligbron).
voordeel
1. Die bedryfsgolflengte is in ooreenstemming met die minimum verswakkingsvenster van enkelmodusvesel.
2. Hoë koppeldoeltreffendheid. Omdat dit 'n veselversterker is, is dit maklik om met die transmissievesel te koppel.
3. Hoë energie-omskakelingsdoeltreffendheid. Die kern van EDF is kleiner as dié van transmissievesel, en die seinlig en pomplig word gelyktydig in EDF oorgedra, dus is die optiese kapasiteit baie gekonsentreerd. Dit maak die interaksie tussen lig en die versterkingsmedium Er-ioon baie vol, tesame met die toepaslike lengte van erbium-gedoteerde vesel, dus is die omskakelingsdoeltreffendheid van ligenergie hoog.
4. Hoë wins, lae geraasindeks, groot uitsetkrag, lae kruisspraak tussen kanale.
5. Stabiele versterkingseienskappe: EDFA is nie sensitief vir temperatuur nie, en versterking het min korrelasie met polarisasie.
6. Die versterkingsfunksie is onafhanklik van die stelsel se bitsnelheid en dataformaat.
tekortkoming
1. Nie-lineêre effek: EDFA versterk die optiese krag deur die optiese krag wat in die vesel ingespuit word, te verhoog, maar hoe groter hoe beter. Wanneer die optiese krag tot 'n sekere mate verhoog word, sal die nie-lineêre effek van optiese vesel geproduseer word. Daarom moet aandag gegee word aan die waarde van die beheer van die enkelkanaal-inkomende vesel-optiese krag wanneer optiese veselversterkers gebruik word.
2. Die versterkingsgolflengtebereik is vas: die werksgolflengtebereik van C-band EDFA is 1530 nm ~ 1561 nm; Die werksgolflengtebereik van L-band EDFA is 1565 nm ~ 1625 nm.
3. Oneweredige winsbandwydte: Die winsbandwydte van die EDFA erbium-gedoteerde veselversterker is baie wyd, maar die winsspektrum van die EDF self is nie plat nie. Die winsafplattingsfilter moet aangewend word om die wins in die WDM-stelsel af te plat.
4. Ligstuwingsprobleem: Wanneer die ligpad normaal is, word die erbiumione wat deur die pomplig opgewek word, deur die seinlig weggevoer, wat die versterking van die seinlig voltooi. As die insetlig afgekap word, omdat die metastabiele erbiumione aanhou ophoop, sal energie opspring sodra die seinliginset herstel word, wat 'n ligstuwing tot gevolg het.
5. Die oplossing vir die optiese piek is om die outomatiese optiese kragvermindering (APR) of outomatiese optiese afskakeling (APSD) funksie in EDFA te verwesenlik, dit wil sê, EDFA verminder outomaties die krag of skakel outomaties die krag af wanneer daar geen insetlig is nie, waardeur die voorkoms van die piekverskynsel onderdruk word.
Toepassingsmodus
1. Die versterkerversterker word gebruik om die krag van seine met verskeie golflengtes na die versterkergolf te versterk en dit dan oor te dra. Aangesien die seinkrag na die versterkergolf oor die algemeen groot is, is die ruisindeks en wins van 'n kragversterker nie baie hoog nie. Dit het 'n relatiewe groot uitsetkrag.
2. Lynversterker, na die kragversterker, word gebruik om die lyntransmissieverlies periodiek te kompenseer, wat gewoonlik 'n relatief klein ruisindeks en 'n groot uitset optiese krag vereis.
3. Voorversterker: Voor die splitter en na die lynversterker word dit gebruik om die sein te versterk en die sensitiwiteit van die ontvanger te verbeter (indien die optiese sein-tot-ruisverhouding (OSNR) aan die vereistes voldoen, kan die groter insetkrag die geraas van die ontvanger self onderdruk en die ontvangsensitiwiteit verbeter), en die geraasindeks is baie klein. Daar is geen groot vereiste vir die uitsetkrag nie.
Plasingstyd: 17 Maart 2025