Amplificator cu fibră dopată cu erbiu (EDFA)

Principiul de bază de lucru:
Theamplificator cu fibră dopată cu erbiu (EDFA)este un mediu care folosește ioni de heliu pentru a obține conversia energiei. Fereastra de amplificare a energiei are o fereastră de lungime de undă de operare de 1 550 nm și o lățime de 50 am, ceea ce este în concordanță cu fereastra cu pierderi reduse a fibrei. Fereastra de injecție a energiei este de 980 nm și 1 480 nm. În general, o fibră ionică dopată cu erbiu este preparată ca un miez de amplificare EDFA, adică un mediu activ. Sistemul de amplificare este un sistem laser cu trei niveluri, energia luminoasă injectată de 980 nm este absorbită de ionii de heliu la nivelul de energie înalt 4", iar nivelul de tranziție 4n al laserului este trecut de oscilația de relaxare. Datorită durată lungă de viață a nivelului de energie, o cantitate mare de acumulare Particulele activate, care rezervă o cantitate mare de energie și apoi trec radiația stimulată cu lumina de semnal, obțin semnal multiplicat de aceeași frecvență și aceeași fază și returnează particulele la starea fundamentală Zgomotul indus în procesul de amplificare este radiația spontană (Emisia spontană amplificată (ASE), care este legată de lungimea de undă a pompei. În general, pompa laser de 980 nm are eficiență scăzută și zgomot scăzut , în timp ce laserul de 1 480 nm este extrem de eficient și zgomotos. În procesul de proiectare, amplificatorul general pre-fibră EDFA utilizează pompare la 980 nm, iar boosterul Booster EDFA la capătul de transmisie utilizează o metodă hibridă de pompare de 980 nm și 1 480 nm , și medii special concepute conform cerințelor DWDM pentru filtrele de egalizare optică. Filtru plat cu diafragma.
Structura de bază a unui amplificator cu fibră dopată cu erbiu (FDFA):
Un EDFA tipic constă dintr-o fibră dopată cu erbiu, o sursă de pompă, un multiplexor de diviziune a lungimii de undă, un izolator optic și un filtru optic. Fibra dopată cu erbiu oferă amplificare, sursa pompei asigură o putere suficientă a pompei, iar multiplexorul cu diviziune a lungimii de undă combină lumina de semnal și lumina pompei în fibra dopată cu erbiu. Izolatorul optic asigură transmisia unidirecțională a luminii pentru a preveni reflexiile luminii formează oscilații optice, iar lumina de feedback provoacă perturbări în starea de funcționare a semnalului laser. Rolul filtrului optic este de a filtra zgomotul ASE din amplificatorul optic și de a îmbunătăți raportul semnal-zgomot al EDFA. De obicei, EDFA are trei tipuri de pompe: pompă co-direcțională, pompă inversă și pompă cu două căi. Pentru a ne asigura că amplificarea EDFA este constantă (adică, amplificatorul liniar al preamplificatorului și linia) sau că puterea de ieșire este constantă (adică, amplificatorul de putere de saturare la capătul de transmisie), este necesar să se proiecteze un circuit auxiliar pentru a monitoriza puterea de intrare și ieșire a EDFA, precum și sursa de pompare. Starea muncii este monitorizată și controlată. Conform rezultatelor monitorizării, parametrii de lucru ai sursei de lumină a pompei sunt ajustați corespunzător pentru ca EDFA să funcționeze în starea optimă. În plus, secțiunea de circuite auxiliare include și circuite pentru funcții de protecție, cum ar fi controlul automat al temperaturii și controlul automat al puterii.
Performanța de bază a amplificatorului cu fibră dopată cu erbiu (EDFA):
Performanța de bază a EDFA se reflectă în câștig, puterea de ieșire și zgomot, precum și în lățime de bandă și egalizare.
1. Caracteristicile câștigului Caracteristicile câștigului reprezintă capacitatea de amplificare a raportului dintre puterea de ieșire a amplificatorului optic și puterea de intrare. Este legat de diverși factori, în general exprimați în dB, iar factorul de amplificare utilizat în mod obișnuit este de 15 până la 40 dB. În general, câștigul este direct legat de puterea pompei și, de asemenea, de lungimea fibrei dopate cu erbiu. Cea mai bună valoare poate fi găsită prin experiment.
2. Caracteristicile puterii de ieșire Pentru un amplificator optic liniar ideal, semnalul optic poate fi amplificat și ieșit la același câștig, indiferent de puterea optică de intrare. Pentru a asigura această condiție, în general numai atunci când este introdus un semnal optic mic, ieșirea semnalului optic amplificat cu un câștig suficient este insuficientă pentru a reduce numărul de particule din nivelul de energie al puterii pompei injectat în laser. Cu toate acestea, atunci când puterea optică de intrare este suficient de mare, puterea injectată este insuficientă pentru a compensa puterea de ieșire după amplificare, astfel încât numărul de particule inversate este saturat și redus și, astfel, puterea optică de ieșire este scăzută, ceea ce afectează scăderea. a factorului de amplificare, adică saturația câștigului. , astfel încât amplificarea să intre în regiunea de saturație a amplificarii neliniare. Puterea maximă de ieșire a EDFA este de obicei exprimată ca putere de ieșire saturată de 3 dB, care corespunde puterii de ieșire atunci când câștigul de saturație scade cu 3 dB, reflectând capacitatea maximă de ieșire a EDFA. Caracteristicile de ieșire de saturație ale EDFA sunt legate de puterea pompei, lungimea fibrei dopate cu erbiu și structură. Cu cât puterea optică a pompei este mai mare, cu atât puterea de ieșire saturată de 3 dB este mai mare; cu cât lungimea fibrei dopate cu erbiu este mai mare, cu atât puterea de ieșire saturată de 3 dB este mai mare.
x