Ar erbiju leģēti šķiedru pastiprinātāji (EDFA)

Ar erbiju leģēti šķiedru pastiprinātāji (EDFA) izmanto retzemju elementus, piemēram, erbiju (Er3+), kā pastiprināšanas vidi.Ražošanas procesā tas tiek leģēts šķiedras kodolā.Tas sastāv no īsa šķiedras gabala (parasti apmēram 10 m), kas izgatavots no stikla, kuram pievienots neliels kontrolēts daudzums erbija kā palīgviela jonu veidā (Er3+).Tādējādi silīcija šķiedra darbojas kā saimniekvide.Darbības viļņa garumu un pastiprinājuma joslas platumu nosaka dopanti (erbijs), nevis silīcija šķiedra.EDFA parasti darbojas 1550 nm viļņa garuma reģionā un var piedāvāt jaudu, kas pārsniedz 1 Tbps.Tātad tos plaši izmanto WDM sistēmās.

Stimulētās emisijas princips ir piemērojams EDFA pastiprināšanas mehānismam.Kad dopants (erbija jons) atrodas augstas enerģijas stāvoklī, ieejas optiskā signāla krītošais fotons to stimulēs.Tas atbrīvo daļu savas enerģijas dopantam un atgriežas zemākas enerģijas stāvoklī ("stimulētā emisija"), kas ir stabilāks.Tālāk esošajā attēlā parādīta EDFA pamatstruktūra.

1.1. EDFA pamatstruktūra

Sūkņa lāzera diode parasti rada optisku signālu ar viļņa garumu (pie 980 nm vai 1480 nm) ar lielu jaudu (~ 10–200 mW).Šis signāls tiek savienots ar gaismas ieejas signālu silīcija šķiedras erbija leģētajā daļā caur WDM savienotāju.Erbija joni absorbēs šo sūkņa signāla enerģiju un pāries uz to ierosināto stāvokli.Daļa izejas gaismas signāla tiek pieskarties un padots atpakaļ sūkņa lāzera ieejā caur optisko filtru un detektoru.Tas kalpo kā atgriezeniskās saites jaudas kontroles mehānisms, lai padarītu EDFA kā pašregulējošus pastiprinātājus.Kad visi metastabilie elektroni tiek patērēti, tālāka pastiprināšana nenotiek.Tāpēc sistēma stabilizējas automātiski, jo EDFA izejas optiskā jauda paliek gandrīz nemainīga neatkarīgi no ieejas jaudas svārstībām, ja tādas ir.

1.2. EDFA vienkāršota funkcionālā shēma

Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīta vienkāršota EDFA funkcionālā shēma, kurā sūkņa signāls no lāzera tiek pievienots ieejas optiskajam signālam (pie 1480 nm vai 980 nm), izmantojot WDM savienotāju.

Šī diagramma parāda ļoti vienkāršu EDF pastiprinātāju.Sūkņa signāla viļņa garums (ar sūkņa jaudu aptuveni 50 mW) ir 1480 nm vai 980 nm.Daļa no šī sūkņa signāla tiek pārnesta uz ievades optisko signālu ar stimulētu emisiju īsā ar erbiju leģētas šķiedras garumā.Tam ir tipisks optiskais pastiprinājums aptuveni 5–15 dB un trokšņa rādītājs ir mazāks par 10 dB.Darbojoties ar 1550 nm, ir iespējams iegūt 30–40 dB optisko pastiprinājumu.

1.3. EDFA praktiska īstenošana

Iepriekš redzamajā attēlā ir attēlota vienkāršota EDFA darbība ar tās praktisko struktūru, kad to izmanto WDM lietojumprogrammā.

Kā parādīts, tas ietver šādas galvenās daļas:

• Izolators pie ieejas.Tas novērš EDFA radītā trokšņa izplatīšanos raidītāja galā.

• WDM savienotājs.Tas apvieno mazjaudas 1550 nm optisko ievades datu signālu ar lieljaudas sūknēšanas optisko signālu (no sūkņa avota, piemēram, lāzera) 980 nm viļņa garumā.

• Neliela daļa ar erbiju leģētas silīcija dioksīda šķiedras.Faktiski tas kalpo kā EDFA aktīvais līdzeklis.

• Izolators pie izejas.Tas palīdz novērst jebkāda atpakaļatstarotā optiskā signāla iekļūšanu ar erbiju leģētajā silīcija dioksīda šķiedrā.

Galīgais izejas signāls ir pastiprināts 1550 nm viļņa garuma optiskais datu signāls ar atlikušo 980 nm viļņa garuma sūkņa signālu.

Ar erbiju leģētu šķiedru pastiprinātāju (EDFA) veidi

Ir divu veidu ar erbiju leģētu šķiedru pastiprinātāju (EDFA) struktūras:

• EDFA ar līdzpavairošanas sūkni

• EDFA ar pretizplatīšanās sūkni

Zemāk esošajā attēlā parādīti pretēji izplatīšanās sūkņi un divvirzienu sūkņi, kurus var izmantot EDFA konstrukcijās.

Dažādi sūkņu izkārtojumi

Kopsūknis EDFA piedāvā zemāku izejas optisko jaudu ar zemu trokšņa līmeni;savukārt pretizplatīšanās sūknis EDFA nodrošina lielāku izejas optisko jaudu, bet rada arī lielāku troksni.Tipiskā komerciālā EDFA tiek izmantots divvirzienu sūknis ar vienlaicīgu pavairošanas un pretizplatīšanās sūknēšanu, kas nodrošina salīdzinoši vienmērīgu optisko pastiprinājumu.

EDFA izmantošana kā pastiprinātājs, līnijas un priekšpastiprinātājs

Izmantojot optiskās šķiedras sakaru saites tālsatiksmes lietojumu, EDFA var izmantot kā pastiprinātāju optiskā raidītāja izejā, iebūvētu optisko pastiprinātāju kopā ar optisko šķiedru, kā arī kā priekšpastiprinātāju tieši pirms uztvērēju, kā parādīts iepriekš attēlā.

Var atzīmēt, ka līnijas EDFA atrodas 20–100 km attālumā viens no otra atkarībā no šķiedras zuduma.Optiskā ievades signāls ir 1,55 μm viļņa garumā, savukārt sūkņa lāzeri darbojas ar 1,48 μm vai 980 nm viļņa garumu.Ar erbiju leģētās šķiedras tipiskais garums ir 10–50 m.

Pastiprināšanas mehānisms EDFA

Kā minēts iepriekš, EDFA pastiprināšanas mehānisms ir balstīts uz stimulētu emisiju, kas ir līdzīga lāzera emisijai.Augsta enerģija no optiskā sūkņa signāla (ko rada cits lāzers) ierosina piedevas erbija jonus (Er3+) silīcija dioksīda šķiedrā augšējā enerģijas stāvoklī.Ieejas optiskais datu signāls stimulē ierosināto erbija jonu pāreju uz zemākas enerģijas stāvokli un rada fotonu starojumu ar tādu pašu enerģiju, ti, tādu pašu viļņa garumu kā ieejas optiskajam signālam.

Enerģijas līmeņa diagramma: Brīvajiem erbija joniem ir diskrēti enerģijas joslas līmeņi.Kad erbija jonus leģē silīcija dioksīda šķiedrā, katrs to enerģijas līmenis sadalās vairākos cieši saistītos līmeņos, veidojot enerģijas joslu.

1.4. Pastiprināšanas mehānisms EDFA

Lai panāktu populācijas inversiju, Er3+ joni tiek sūknēti 2. starplīmenī. Ar netiešo metodi (980 nm sūknēšana) Er3+ jonus nepārtraukti pārvieto no 1. līmeņa uz 3. līmeni. Tam seko neradiatīvā sabrukšana līdz 2. līmenim, no plkst. kur tie nokrīt līdz 1. līmenim, izstaro optiskos signālus vēlamajā viļņa garumā 1500–1600 nm.Tas ir pazīstams kā 3 līmeņu pastiprināšanas mehānisms.

Lai uzzinātu vairāk ar Erbija leģētu produktu, lūdzu, skatiet mūsu tīmekļa vietni.

https://www.erbiumtechnology.com/erbium-laser-glasseye-safe-laser-glass/

E-pasts:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Fakss: +86-2887897578

Pievienot: Nr.23, Chaoyang Road, Xihe iela, Longquanyi rajons, Chengdu, 610107, Ķīna.