Az alapelv és az alkalmazásEDFA erbiummal adalékolt szálerősítő
Az alapvető szerkezetEDFAErbiummal adalékolt szálerősítő, amely főként egy aktív közegből (több tucat méter hosszú, adalékolt kvarcszál, 3-5 mikron magátmérő, (25-1000)x10-6 adalékolási koncentráció), pumpáló fényforrásból (990 vagy 1480 nm LD), optikai csatolóból és optikai leválasztóból áll. A jelzőfény és a pumpáló fény ugyanabban az irányban (együtt pumpálás), ellentétes irányban (fordított pumpálás) vagy mindkét irányban (kétirányú pumpálás) terjedhet az erbium szálban. Amikor a jelzőfényt és a pumpáló fényt egyszerre injektálják az erbium szálba, az erbiumion a pumpáló fény hatására magas energiaszintre gerjesztődik (háromszintű rendszer), majd hamarosan metastabil szintre bomlik. Amikor a beeső jelzőfény hatására visszatér az alapállapotba, a jelzőfénynek megfelelő foton kibocsátódik, így a jel felerősödik. Erősített spontán emissziós (ASE) spektruma nagy sávszélességgel rendelkezik (akár 20-40 nm-ig), és két csúcsa van, amelyek 1530 nm-nek, illetve 1550 nm-nek felelnek meg.
A fő előnyeiEDFA erősítőnagy erősítés, nagy sávszélesség, nagy kimenő teljesítmény, magas pumpálási hatásfok, alacsony beszúrási veszteség és érzéketlenség a polarizációs állapotokra.
Az erbiummal adalékolt szálerősítő működési elve
Az erbiummal adalékolt szálerősítő (EDFA optikai erősítő) főként egy erbiummal adalékolt szálból (kb. 10-30 m hosszú) és egy pumpáló fényforrásból áll. A működési elv az, hogy az erbiummal adalékolt szál a pumpált fényforrás (980 nm vagy 1480 nm hullámhossz) hatására stimulált sugárzást generál, és a kisugárzott fény a bemeneti fényjel változásával változik, ami egyenértékű a bemeneti fényjel erősítésével. Az eredmények azt mutatják, hogy az erbiummal adalékolt szálerősítő erősítése általában 15-40 dB, és a jelerősítő távolsága több mint 100 km-rel növelhető. Tehát az emberek nem tudják nem megkérdezni: miért gondoltak a tudósok az adalékolt erbium használatára a szálerősítőben a fényhullámok intenzitásának növelése érdekében? Tudjuk, hogy az erbium egy ritkaföldfém, és a ritkaföldfémek különleges szerkezeti jellemzőkkel rendelkeznek. A ritkaföldfémek adalékolása az optikai eszközökben régóta használatos az optikai eszközök teljesítményének javítására, így ez nem véletlen tényező. Továbbá, miért választották a szivattyú fényforrásának hullámhosszát 980 nm-re vagy 1480 nm-re? Valójában a szivattyú fényforrásának hullámhossza lehet 520 nm, 650 nm, 980 nm és 1480 nm is, de a gyakorlat azt bizonyította, hogy az 1480 nm-es szivattyú fényforrás lézerhatásfoka a legnagyobb, ezt követi a 980 nm-es szivattyú fényforrás hullámhossza.
Fizikai szerkezet
Az erbiummal adalékolt szálerősítő (EDFA optikai erősítő) alapszerkezete. A bemeneti és a kimeneti oldalon egy-egy leválasztó található, amelynek célja az optikai jel egyirányú átvitele. A pumpáló gerjesztő hullámhossza 980 nm vagy 1480 nm, és energia előállítására szolgál. A csatoló funkciója a bemeneti optikai jel és a pumpáló fény összekapcsolása az erbiummal adalékolt szállal, és a pumpáló fény energiájának átvitele a bemeneti optikai jelre az erbiummal adalékolt szál hatására, ezáltal megvalósítva a bemeneti optikai jel energiaerősítését. A nagyobb kimeneti optikai teljesítmény és az alacsonyabb zajindex elérése érdekében a gyakorlatban használt erbiummal adalékolt szálerősítő két vagy több pumpáló forrásból áll, amelyek között leválasztók vannak elhelyezve, hogy izolálják egymást. A szélesebb és laposabb erősítési görbe eléréséhez egy erősítés-laposító szűrőt alkalmaznak.
Az EDFA öt fő részből áll: erbiummal adalékolt szál (EDF), optikai csatoló (WDM), optikai leválasztó (ISO), optikai szűrő és szivattyúzó tápegység. A gyakran használt szivattyúforrások közé tartozik a 980 nm és az 1480 nm, és ez a két szivattyúforrás nagyobb szivattyúzási hatékonysággal rendelkezik, és egyre gyakrabban használják őket. A 980 nm-es szivattyúfényforrás zajtényezője alacsonyabb; az 1480 nm-es szivattyúfényforrás nagyobb szivattyúzási hatékonysággal rendelkezik, és nagyobb kimeneti teljesítményt tud elérni (körülbelül 3 dB-lel magasabbat, mint a 980 nm-es szivattyúfényforrás).
előny
1. A működési hullámhossz megegyezik az egymódusú szál minimális csillapítási ablakával.
2. Magas csatolási hatékonyság. Mivel száloptikai erősítőről van szó, könnyen csatlakoztatható az átviteli szálhoz.
3. Magas energiaátalakítási hatásfok. Az EDF magja kisebb, mint az átviteli szálé, és az EDF-ben a jelzőfény és a pumpálófény egyidejűleg halad át, így az optikai kapacitás nagyon koncentrált. Ezáltal a fény és az erősítőközeg Er ionja közötti kölcsönhatás nagyon teljes, a megfelelő hosszúságú erbiummal adalékolt szál pedig magas fényenergia-átalakítási hatásfokot eredményez.
4. Nagy erősítés, alacsony zajszint, nagy kimeneti teljesítmény, alacsony áthallás a csatornák között.
5. Stabil erősítési jellemzők: Az EDFA nem érzékeny a hőmérsékletre, és az erősítésnek csekély korrelációja van a polarizációval.
6. Az erősítés funkció független a rendszer bitrátájától és az adatformátumtól.
hiányosság
1. Nemlineáris hatás: Az EDFA az optikai teljesítményt a szálba injektált optikai teljesítmény növelésével erősíti, de minél nagyobb, annál jobb. Amikor az optikai teljesítmény egy bizonyos mértékig megnő, az optikai szál nemlineáris hatása keletkezik. Ezért optikai szálerősítők használatakor figyelmet kell fordítani az egycsatornás bejövő szál optikai teljesítményének szabályozására.
2. Az erősítési hullámhossz-tartomány rögzített: a C-sávú EDFA működési hullámhossz-tartománya 1530 nm ~ 1561 nm; az L-sávú EDFA működési hullámhossz-tartománya 1565 nm ~ 1625 nm.
3. Egyenetlen erősítési sávszélesség: Az EDFA erbiummal adalékolt száloptikai erősítő erősítési sávszélessége nagyon széles, de maga az EDF erősítési spektruma nem sík. A WDM rendszerben az erősítés síkosításához erősítési síkító szűrőt kell alkalmazni.
4. Fénylökés probléma: Normális fényút esetén a pumpfény által gerjesztett erbiumionokat a jelzőfény elviszi, így befejeződik a jelzőfény erősítése. Ha a bemeneti fény csonkolódik, mivel a metastabil erbiumionok továbbra is felhalmozódnak, a jelzőfény bemenetének helyreállásakor az energia megugrál, ami fénylökést eredményez.
5. Az optikai túlfeszültség megoldása az EDFA automatikus optikai teljesítménycsökkentési (APR) vagy automatikus optikai kikapcsolási (APSD) funkciójának megvalósítása, azaz az EDFA automatikusan csökkenti a teljesítményt, vagy automatikusan kikapcsolja a tápellátást, ha nincs bemeneti fény, ezáltal elnyomva a túlfeszültség jelenségének előfordulását.
Alkalmazási mód
1. Az erősítőerősítőt arra használják, hogy a erősítőhullám után több hullámhosszú jel teljesítményét erősítsék, majd továbbítsák. Mivel az erősítőhullám utáni jelteljesítmény általában nagy, a teljesítményerősítő zajindexe és erősítése nem túl magas. Viszonylag nagy a kimeneti teljesítménye.
2. A teljesítményerősítő utáni vonalerősítő feladata a vonali átviteli veszteség időszakos kompenzálása, ami általában viszonylag kis zajindexet és nagy kimeneti optikai teljesítményt igényel.
3. Előerősítő: Az elosztó előtt és a vonalerősítő után helyezik el, a jel erősítésére és a vevő érzékenységének javítására szolgál (amennyiben az optikai jel-zaj viszony (OSNR) megfelel a követelményeknek, a nagyobb bemeneti teljesítmény elnyomhatja a vevő zaját és javíthatja a vételi érzékenységet), és a zajindex nagyon kicsi. A kimeneti teljesítményre nincs nagy követelmény.
Közzététel ideje: 2025. márc. 17.