Prinsipyo ug paggamit sa EDFA erbium-doped fiber amplifier

Prinsipyo ug paggamit saEDFA erbium-doped fiber amplifier

Ang sukaranan nga istruktura saEDFAAng erbium-doped fiber amplifier, nga kasagaran gilangkuban sa usa ka aktibo nga medium (dose ka metros ang gitas-on nga doped quartz fiber, core diameter 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), atbang nga direksyon (reverse pumping), o pareho nga direksyon (bidirectional pumping) sa Erbium fiber. Kung ang signal light ug pump light gi-injected sa erbium fiber sa parehas nga oras, ang erbium ion naghinam-hinam sa taas nga lebel sa enerhiya (tulo ka lebel nga sistema) sa ilawom sa aksyon sa suga sa bomba, ug sa wala madugay madunot sa lebel sa metastable. Sa diha nga kini mibalik sa yuta nga kahimtang ubos sa aksyon sa insidente signal kahayag, ang photon nga katumbas sa signal kahayag nga gipagawas, aron ang signal mapadako. Ang amplified spontaneous emission (ASE) spectrum niini adunay dako nga bandwidth (hangtod sa 20-40nm) ug adunay duha ka peak nga katumbas sa 1530nm ug 1550nm matag usa.

Ang nag-unang bentaha saEDFA amplifiertaas nga ganansya, dako nga bandwidth, taas nga output nga gahum, 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 AmplifierAng ） kasagaran gilangkuban sa usa ka erbium-doped fiber (mga 10-30m ang gitas-on) ug usa ka gigikanan sa suga sa bomba. 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 nga kahayag mausab uban sa pagbag-o sa input light signal, nga katumbas sa pagpadako sa input light signal. Gipakita sa mga resulta nga ang ganansya sa Erbium-doped fiber amplifier kasagaran 15-40db, ug ang distansya sa relay mahimong madugangan sa labaw sa 100km. Busa, ang mga tawo dili makapugong sa pagpangutana: ngano nga ang mga siyentista naghunahuna sa paggamit sa doped erbium sa fiber amplifier aron madugangan ang intensity sa light waves? Nahibal-an namon nga ang erbium usa ka talagsaon nga elemento sa yuta, ug ang mga talagsaon nga elemento sa yuta adunay ilang espesyal nga mga kinaiya sa istruktura. Ang doping nga talagsaon nga mga elemento sa yuta sa mga optical device dugay na nga gigamit aron mapaayo ang performance sa mga optical device, mao nga dili kini aksidente nga hinungdan. Dugang pa, nganong ang wavelength sa pump light source gipili sa 980nm o 1480nm? Sa pagkatinuod, 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 sukaranan nga istruktura sa erbium-doped fiber amplifier (EDFA Optical Amplifier). Adunay usa ka isolator sa input end ug ang 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 pagpares sa input optical signal ug ang 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 makaamgo sa energy amplification sa input optical signal. Aron makakuha og mas taas nga output nga optical power ug ubos nga noise index, ang Erbium-doped fiber amplifier nga gigamit sa praktis nagsagop sa istruktura sa duha o labaw pa nga mga tinubdan sa bomba nga adunay mga isolator sa tunga aron ihimulag ang usag usa. Aron makuha ang usa ka mas lapad ug patag nga kurba sa ganansya, gidugang ang usa ka pagsala sa pag-flattening.

Ang EDFA naglangkob sa lima ka nag-unang 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 mga tinubdan sa bomba adunay mas taas nga pumping efficiency ug gigamit pa. Ang 980nm pump light source noise coefficient mas ubos; Ang 1480nm pump light source adunay mas taas nga pumping efficiency ug makakuha og mas dako nga output power (mga 3dB nga mas taas kay sa 980nm pump light source).

bentaha

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

2. Taas nga kahusayan sa pagdugtong. Tungod kay kini usa ka fiber amplifier, kini dali nga madugtong sa transmission fiber.

3. Taas nga kahusayan sa pagkakabig sa enerhiya. Ang kinauyokan sa EDF mas gamay kay sa transmission fiber, ug ang signal light ug pump light dungan nga gipasa sa EDF, mao nga ang optical nga kapasidad kay konsentrado kaayo. Kini naghimo sa interaksyon tali sa kahayag ug sa gain medium Er ion nga puno kaayo, inubanan sa tukma nga gitas-on sa erbium-doped fiber, mao nga ang pagkakabig sa kahusayan sa kahayag nga enerhiya taas.

4. Taas nga ganansya, ubos nga indeks sa kasaba, dako nga gahum sa output, ubos nga crosstalk tali sa mga channel.

5. Lig-on nga ganansya nga mga kinaiya: Ang EDFA dili sensitibo sa temperatura, ug ang ganansya adunay gamay nga correlation sa polarization.

6. Ang gain feature kay independente sa system bit rate ug data format.

kakulangan

1. Nonlinear nga epekto: Ang EDFA nagpadako sa optical power pinaagi sa pagdugang sa optical power nga gi-inject sa fiber, apan ang mas dako mas maayo. Kung ang optical power madugangan sa usa ka sukod, ang nonlinear nga epekto sa optical fiber magama. Busa, sa diha nga ang paggamit sa optical fiber amplifier, pagtagad kinahanglan nga ibayad ngadto sa bili sa pagkontrolar sa single-channel umaabot nga fiber optical gahum.

2. Ang nakuha nga wavelength range gitakda: ang working wavelength range sa C-band EDFA mao ang 1530nm ~ 1561nm; Ang working wavelength range sa L-band EDFA mao ang 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. Ang gain flattening filter kinahanglang gamiton aron ma-flat ang gain sa WDM system.

4. Problema sa pagdagsang sa kahayag: Kung normal ang agianan sa kahayag, ang mga erbium ions nga naghinam-hinam sa kahayag sa bomba madala sa signal nga kahayag, sa ingon makompleto ang pagpadako sa signal nga kahayag. Kung ang input nga kahayag maputol, tungod kay ang metastable erbium ion nagpadayon sa pagtipon, sa higayon nga ang signal light input mapasig-uli, ang enerhiya molukso, nga moresulta sa kahayag nga pagdagsang.

5. Ang solusyon sa optical surge mao ang pagkaamgo sa automatic optical power reduction (APR) o automatic optical power off (APSD) function sa EDFA, nga mao, ang EDFA awtomatik nga nagpamenos sa gahum o awtomatik nga gipalong ang gahum kon walay input nga kahayag, sa ingon nagpugong sa panghitabo sa surge phenomenon.

Mode sa aplikasyon

1. Ang booster Amplifier gigamit sa pagpadako sa gahum sa daghang wavelength signal pagkahuman sa booster wave, ug dayon ipadala kini. Tungod kay ang gahum sa signal pagkahuman sa booster wave sa kasagaran dako, ang indeks sa kasaba ug nakuha sa usa ka power amplifier dili kaayo taas. Adunay medyo dako nga gahum sa output.

2. Line-amplifier, human sa power Amplifier, gigamit sa matag karon ug unya sa pag-compensate sa pagkawala sa transmission sa Line, sa kasagaran nagkinahanglan og medyo gamay nga noise index ug usa ka dako nga output optical power.

3. Pre-Amplifier: Sa wala pa ang splitter ug pagkahuman sa linya nga amplifier, gigamit kini aron mapadako ang signal ug mapaayo ang pagkasensitibo sa tigdawat (sa kaso nga ang optical signal-to-noise ratio (OSNR) nagtagbo sa mga kinahanglanon, ang mas dako nga gahum sa pag-input makapugong sa kasaba sa tigdawat mismo ug mapaayo ang pagkasensitibo sa pagdawat), ug gamay ra kaayo ang indeks sa kasaba. Walay dakong kinahanglanon sa output power.