Prinsipyo ug aplikasyon sa EDFA erbium-doped fiber amplifier

Prinsipyo ug aplikasyon saEDFA erbium-doped fiber amplifier

Ang sukaranang istruktura saEDFAAng erbium-doped fiber amplifier, nga kasagaran gilangkoban sa usa ka aktibong medium (dose-dosenang metros ang gitas-on nga doped quartz fiber, core diameter nga 3-5 microns, doping concentration (25-1000)x10-6), pump light source (990 o 1480nm LD), optical coupler ug optical isolator. Ang signal light ug pump light mahimong mokaylap sa parehas nga direksyon (co-pumping), magkaatbang nga direksyon (reverse pumping), o pareho nga direksyon (bidirectional pumping) sa Erbium fiber. Kung ang signal light ug pump light i-inject sa erbium fiber sa parehas nga oras, ang erbium ion ma-excite sa taas nga lebel sa enerhiya (three-level system) ubos sa aksyon sa pump light, ug dali nga madunot sa metastable level. Kung kini mobalik sa ground state ubos sa aksyon sa incident signal light, ang photon nga katumbas sa signal light gipagawas, aron ang signal ma-amplify. Ang amplified spontaneous emission (ASE) spectrum niini adunay dakong bandwidth (hangtod sa 20-40nm) ug adunay duha ka peak nga katumbas sa 1530nm ug 1550nm matag usa.

Ang mga nag-unang bentaha saEDFA amplifiermao ang taas nga gain, dakong bandwidth, taas nga output power, taas nga pumping efficiency, ubos nga insertion loss, ug insensitivity sa polarization states.

Ang prinsipyo sa pagtrabaho sa erbium-doped fiber amplifier

Ang Erbium-doped fiber amplifier（EDFA Optical Amplifier） Kasagaran gilangkoban sa usa ka erbium-doped fiber (mga 10-30m ang gitas-on) ug usa ka pump light source. Ang prinsipyo sa pagtrabaho mao nga ang erbium-doped fiber makamugna og stimulated radiation ubos sa aksyon sa pumped light source (wavelength 980nm o 1480nm), ug ang radiated light mausab uban sa pagbag-o sa input light signal, nga katumbas sa pag-amplify sa input light signal. Ang mga resulta nagpakita nga ang gain sa Erbium-doped fiber amplifier kasagaran 15-40db, ug ang relay distance mahimong madugangan og sobra sa 100km. Busa, dili mapugngan sa mga tawo ang pagpangutana: nganong nahunahunaan man sa mga siyentista ang paggamit og doped erbium sa fiber amplifier aron madugangan ang intensity sa light waves? Nahibal-an nato nga ang erbium usa ka rare earth element, ug ang rare earth elements adunay espesyal nga structural characteristics. Ang pag-doping sa rare earth elements sa optical devices dugay nang gigamit aron mapaayo ang performance sa optical devices, busa dili kini aksidente nga hinungdan. Dugang pa, nganong ang wavelength sa pump light source gipili sa 980nm o 1480nm? Sa tinuod, ang wavelength sa pump light source mahimong 520nm, 650nm, 980nm, ug 1480nm, apan ang praktis nagpamatuod nga ang wavelength sa 1480nm pump light source laser efficiency mao ang pinakataas, gisundan sa wavelength sa 980nm pump light source.

Pisikal nga istruktura

Ang sukaranang istruktura sa erbium-doped fiber amplifier（EDFA Optical Amplifier）. Adunay isolator sa input end ug output end, ang katuyoan mao ang paghimo sa optical signal nga one-way transmission. Ang pump exciter adunay wavelength nga 980nm o 1480nm ug gigamit sa paghatag og enerhiya. Ang function sa coupler mao ang pag-couple sa input optical signal ug sa pump light ngadto sa erbium-doped fiber, ug pagbalhin sa enerhiya sa pump light ngadto sa input optical signal pinaagi sa aksyon sa erbium-doped fiber, aron matuman ang energy amplification sa input optical signal. Aron makakuha og mas taas nga output optical power ug mas ubos nga noise index, ang Erbium-doped fiber amplifier nga gigamit sa praktis nagsagop sa istruktura sa duha o daghan pang pump sources nga adunay mga isolator sa tunga aron ibulag ang usag usa. Aron makakuha og mas lapad ug patag nga gain curve, usa ka gain flattening filter ang gidugang.

Ang EDFA gilangkoban sa lima ka pangunang bahin: Erbium-doped fiber (EDF), Optical coupler (WDM), optical isolator (ISO), Optical Filter, ug Pumping Supply. Ang kasagarang gigamit nga mga tinubdan sa bomba naglakip sa 980nm ug 1480nm, ug kining duha ka tinubdan sa bomba adunay mas taas nga kahusayan sa pagbomba ug mas gigamit. Ang 980nm pump light source noise coefficient mas ubos; Ang 1480nm pump light source adunay mas taas nga kahusayan sa pagbomba ug makakuha og mas dako nga output power (mga 3dB nga mas taas kaysa sa 980nm pump light source).

bentaha

1. Ang operating wavelength nahiuyon sa minimum attenuation window sa single-mode fiber.

2. Taas nga kahusayan sa pagkabit. Tungod kay kini usa ka fiber amplifier, dali ra kini i-coupling sa transmission fiber.

3. Taas nga energy conversion efficiency. Ang core sa EDF mas gamay kay sa transmission fiber, ug ang signal light ug pump light dungan nga gipasa sa EDF, busa ang optical capacity kay konsentrado kaayo. Kini makahimo sa interaksyon tali sa kahayag ug sa gain medium nga Er ion nga puno kaayo, inubanan sa angay nga gitas-on sa erbium-doped fiber, busa taas ang conversion efficiency sa energy sa kahayag.

4. Taas nga ganansya, ubos nga indeks sa kasaba, dako nga gahum sa output, ubos nga crosstalk taliwala sa mga kanal.

5. Mga kinaiya sa lig-on nga gain: Ang EDFA dili sensitibo sa temperatura, ug ang gain gamay ra ang kalambigitan sa polarization.

6. Ang gain feature dili magdepende sa bit rate sa sistema ug format sa datos.

kakulangan

1. Nonlinear nga epekto: Ang EDFA nagpadako sa optical power pinaagi sa pagdugang sa optical power nga gi-inject sa fiber, apan kon mas dako mas maayo. Kon ang optical power madugangan sa usa ka piho nga sukod, ang nonlinear nga epekto sa optical fiber mamugna. Busa, kon mogamit og optical fiber amplifiers, kinahanglan nga hatagan og pagtagad ang bili sa pagkontrol sa single-channel nga mosulod nga fiber optical power.

2. Ang gain wavelength range kay pirmi: ang working wavelength range sa C-band EDFA kay 1530nm~1561nm; Ang working wavelength range sa L-band EDFA kay 1565nm~1625nm.

3. Dili patas nga gain bandwidth: Ang gain bandwidth sa EDFA erbium-doped fiber amplifier kay lapad kaayo, apan ang gain spectrum sa EDF mismo dili patag. Kinahanglan gamiton ang gain flattening filter aron ma-flatten ang gain sa WDM system.

4. Problema sa light surge: Kung normal ang agianan sa kahayag, ang mga erbium ion nga gi-excite sa pump light madala sa signal light, sa ingon makompleto ang pag-amplify sa signal light. Kung ang input light maputol, tungod kay ang metastable erbium ion padayon nga magtapok, kung ang input sa signal light mabalik na, ang enerhiya molukso, nga moresulta sa light surge.

5. Ang solusyon sa optical surge mao ang paggamit sa automatic optical power reduction (APR) o automatic optical power off (APSD) function sa EDFA, buot ipasabot, ang EDFA awtomatikong mokunhod sa kuryente o awtomatikong mopalong sa kuryente kung walay input light, sa ingon mapugngan ang pag-ulbo sa surge phenomenon.

Pamaagi sa aplikasyon

1. Ang booster Amplifier gigamit aron mapadako ang gahum sa daghang wavelength signal pagkahuman sa booster wave, ug dayon ipadala kini. Tungod kay ang signal power pagkahuman sa booster wave kasagaran dako, ang noise index ug gain sa usa ka power amplifier dili kaayo taas. Kini adunay medyo dako nga output power.

2. Ang line-amplifier, sunod sa power Amplifier, gigamit aron matag karon ug unya nga mabayran ang Line transmission loss, nga kasagaran nanginahanglan og gamay nga noise index ug dako nga output optical power.

3. Pre-Amplifier: Sa wala pa ang splitter ug pagkahuman sa line amplifier, gigamit kini aron mapadako ang signal ug mapaayo ang sensitivity sa receiver (kung ang optical signal-to-noise ratio (OSNR) makatuman sa mga kinahanglanon, ang mas dako nga input power makapugong sa kasaba sa receiver mismo ug mapaayo ang sensitivity sa pagdawat), ug ang noise index gamay ra kaayo. Walay dakong kinahanglanon sa output power.