Прынцып і прымяненнеВалакновы ўзмацняльнік, легаваны эрбіем, на аснове EDFA
Асноўная структураЭДФАЭрбій-легаваны валакновы ўзмацняльнік, які ў асноўным складаецца з актыўнага асяроддзя (легаванае кварцавае валакно даўжынёй дзесяткі метраў, дыяметр стрыжня 3-5 мікрон, канцэнтрацыя легіравання (25-1000)x10-6), крыніцы накачкі (LD 990 або 1480 нм), аптычнага злучальніка і аптычнага ізалятара. Сігнальнае святло і накачкавае святло могуць распаўсюджвацца ў адным кірунку (сумесная накачка), у процілеглым кірунку (зваротная накачка) або ў абодвух напрамках (двухнакіраваная накачка) у эрбіевым валакне. Калі сігнальнае святло і накачкавае святло адначасова ўводзяць у эрбіевае валакно, іон эрбія пад дзеяннем накачкі ўзбуджаецца да высокага энергетычнага ўзроўню (трохузроўневая сістэма) і неўзабаве распадаецца да метастабільнага ўзроўню. Калі ён вяртаецца ў асноўны стан пад дзеяннем падаючага сігнальнага святла, выпраменьваецца фатон, які адпавядае сігнальнаму святлу, у выніку чаго сігнал узмацняецца. Яго спектр узмоцненага спантаннага выпраменьвання (ASE) мае вялікую паласу прапускання (да 20-40 нм) і два пікі, якія адпавядаюць 1530 нм і 1550 нм адпаведна.
Асноўныя перавагіУзмацняльнік EDFAмаюць высокі каэфіцыент узмацнення, вялікую прапускную здольнасць, высокую выходную магутнасць, высокую эфектыўнасць накачкі, нізкія ўносныя страты і неадчувальнасць да станаў палярызацыі.
Прынцып працы валаконнага ўзмацняльніка, легаванага эрбіем
Валакновы ўзмацняльнік, легаваны эрбіемАптычны ўзмацняльнік EDFA） у асноўным складаецца з легаванага эрбіем валакна (даўжынёй каля 10-30 м) і крыніцы святла накачкі. Прынцып працы заключаецца ў тым, што легаванае эрбіем валакно генеруе стымуляванае выпраменьванне пад дзеяннем крыніцы святла накачкі (даўжыня хвалі 980 нм або 1480 нм), і выпраменьванае святло змяняецца са змяненнем уваходнага светлавога сігналу, што эквівалентна ўзмацненню уваходнага светлавога сігналу. Вынікі паказваюць, што каэфіцыент узмацнення валаконнага ўзмацняльніка, легаванага эрбіем, звычайна складае 15-40 дБ, а адлегласць рэле можа быць павялічана больш чым на 100 км. Такім чынам, людзі не могуць не задацца пытаннем: чаму навукоўцы падумалі выкарыстоўваць легаваны эрбій у валаконным узмацняльніку для павелічэння інтэнсіўнасці светлавых хваль? Мы ведаем, што эрбій - гэта рэдказямельны элемент, і рэдказямельныя элементы маюць свае асаблівыя структурныя характарыстыкі. Легаванне рэдказямельных элементаў у аптычных прыладах выкарыстоўваецца ўжо даўно для паляпшэння прадукцыйнасці аптычных прылад, таму гэта не выпадковы фактар. Акрамя таго, чаму даўжыня хвалі крыніцы святла накачкі абраная роўнай 980 нм або 1480 нм? Фактычна, даўжыня хвалі крыніцы святла накачкі можа быць 520 нм, 650 нм, 980 нм і 1480 нм, але практыка паказала, што даўжыня хвалі лазера крыніцы святла накачкі 1480 нм мае найвышэйшую эфектыўнасць, за ёй ідзе даўжыня хвалі крыніцы святла накачкі 980 нм.
Фізічная структура
Асноўная структура валаконнага ўзмацняльніка, легаванага эрбіем (аптычны ўзмацняльнік EDFA). На ўваходным і выхадным канцах ёсць ізалятар, мэтай якога з'яўляецца аднабаковая перадача аптычнага сігналу. Узбуджальнік накачкі мае даўжыню хвалі 980 нм або 1480 нм і выкарыстоўваецца для забеспячэння энергіі. Функцыя злучніка заключаецца ў злучэнні ўваходнага аптычнага сігналу і святла накачкі ў валакно, легаванае эрбіем, і перадачы энергіі святла накачкі ва ўваходны аптычны сігнал праз дзеянне валакна, легаванага эрбіем, каб рэалізаваць узмацненне энергіі ўваходнага аптычнага сігналу. Для атрымання больш высокай выходнай аптычнай магутнасці і ніжэйшага індэкса шуму, валаконны ўзмацняльнік, легаваны эрбіем, які выкарыстоўваецца на практыцы, выкарыстоўвае структуру з двух або больш крыніц накачкі з ізалятарамі пасярэдзіне для ізаляцыі адна ад адной. Для атрымання больш шырокай і больш плоскай крывой узмацнення дадаецца фільтр, які выраўноўвае ўзмацненне.
EDFA складаецца з пяці асноўных частак: легаванага эрбіем валакна (EDF), аптычнага злучальніка (WDM), аптычнага ізалятара (ISO), аптычнага фільтра і крыніцы накачкі. Звычайна выкарыстоўваюцца крыніцы накачкі 980 нм і 1480 нм, і гэтыя дзве крыніцы маюць больш высокую эфектыўнасць накачкі і выкарыстоўваюцца часцей. Каэфіцыент шуму крыніцы святла накачкі 980 нм ніжэйшы; крыніца святла накачкі 1480 нм мае больш высокую эфектыўнасць накачкі і можа атрымліваць большую выходную магутнасць (прыкладна на 3 дБ вышэй, чым крыніца святла накачкі 980 нм).
перавага
1. Рабочая даўжыня хвалі адпавядае мінімальнаму акну згасання аднамодавага валакна.
2. Высокая эфектыўнасць сувязі. Паколькі гэта валаконны ўзмацняльнік, яго лёгка злучыць з перадавальным валакном.
3. Высокая эфектыўнасць пераўтварэння энергіі. Сярэдзіна EDF меншая, чым у перадавальнай аптычнай аптыкі, і сігнальнае святло і святло накачкі перадаюцца ў EDF адначасова, таму аптычная ёмістасць вельмі сканцэнтраваная. Гэта робіць узаемадзеянне паміж святлом і ўзмацняльным асяроддзем іёнам Er вельмі поўным, у спалучэнні з адпаведнай даўжынёй валакна, легаванага эрбіем, эфектыўнасць пераўтварэння светлавой энергіі высокая.
4. Высокі каэфіцыент узмацнення, нізкі індэкс шуму, вялікая выходная магутнасць, нізкія перакрыжаваныя перашкоды паміж каналамі.
5. Стабільныя характарыстыкі ўзмацнення: EDFA не адчувальны да тэмпературы, і ўзмацненне мала карэлюе з палярызацыяй.
6. Функцыя ўзмацнення не залежыць ад хуткасці перадачы дадзеных сістэмы і фармату дадзеных.
недахоп
1. Нелінейны эфект: EDFA павялічвае аптычную магутнасць за кошт павелічэння аптычнай магутнасці, якая падаецца ў валакно, але чым большая, тым лепш. Пры пэўнай ступені павелічэння аптычнай магутнасці ўзнікае нелінейны эфект аптычнага валакна. Таму пры выкарыстанні валаконна-аптычных узмацняльнікаў варта звярнуць увагу на важнасць кіравання ўваходнай аптычнай магутнасцю аднаго канала.
2. Дыяпазон даўжынь хваль узмацнення фіксаваны: працоўны дыяпазон даўжынь хваль EDFA C-дыяпазону складае 1530 нм~1561 нм; працоўны дыяпазон даўжынь хваль EDFA L-дыяпазону складае 1565 нм~1625 нм.
3. Нераўнамерная паласа шырыні ўзмацнення: Паласа шырыні ўзмацнення валаконнага ўзмацняльніка з EDFA, легаванага эрбіем, вельмі шырокая, але спектр узмацнення самога EDF не з'яўляецца плоскім. Для выраўноўвання ўзмацнення ў сістэме WDM неабходна выкарыстоўваць фільтр з выраўноўваннем узмацнення.
4. Праблема з яркім пырскам святла: калі шлях святла нармальны, іоны эрбія, узбуджаныя святлом накачкі, захопліваюцца сігнальным святлом, тым самым завяршаючы ўзмацненне сігнальнага святла. Калі ўваходнае святло абрэзана, то з-за таго, што метастабільныя іоны эрбія працягваюць назапашвацца, пасля аднаўлення ўваходнага сігнальнага святла энергія скокне, што прывядзе да яркага пырску.
5. Рашэннем праблемы аптычнага перанапружання з'яўляецца рэалізацыя функцыі аўтаматычнага зніжэння аптычнай магутнасці (APR) або аўтаматычнага адключэння аптычнага харчавання (APSD) у EDFA, гэта значыць, EDFA аўтаматычна зніжае магутнасць або аўтаматычна выключае харчаванне, калі няма ўваходнага святла, тым самым падаўляючы ўзнікненне з'явы перанапружання.
Рэжым прымянення
1. Узмацняльнік выкарыстоўваецца для ўзмацнення магутнасці сігналаў некалькіх даўжынь хваль пасля ўзмацняльнай хвалі і іх перадачы. Паколькі магутнасць сігналу пасля ўзмацняльнай хвалі звычайна вялікая, індэкс шуму і каэфіцыент узмацнення ўзмацняльніка магутнасці не вельмі высокія. Ён мае адносна вялікую выходную магутнасць.
2. Лінейны ўзмацняльнік, які ідзе пасля ўзмацняльніка магутнасці, выкарыстоўваецца для перыядычнай кампенсацыі страт перадачы ў лініі, што звычайна патрабуе адносна малога індэкса шуму і вялікай выходнай аптычнай магутнасці.
3. Папярэдні ўзмацняльнік: перад раздзяляльнікам і пасля лінейнага ўзмацняльніка выкарыстоўваецца для ўзмацнення сігналу і паляпшэння адчувальнасці прымача (калі аптычнае стаўленне сігнал/шум (OSNR) адпавядае патрабаванням, большая ўваходная магутнасць можа падавіць шум самога прымача і палепшыць адчувальнасць прыёму), пры гэтым індэкс шуму вельмі малы. Няма вялікіх патрабаванняў да выходнай магутнасці.
Час публікацыі: 17 сакавіка 2025 г.