Vlaknasta pojačala dopirana erbijem (EDFA)

Vlaknasta pojačala dopirana erbijem (EDFA) koriste elemente rijetke zemlje kao što je erbij (Er3+) kao medij za pojačanje.Dopira se u jezgru vlakna tijekom procesa proizvodnje.Sastoji se od kratkog komada vlakna (obično 10 m ili tako nešto) izrađenog od stakla u koji je dodana mala kontrolirana količina erbija kao dopanta u obliku iona (Er3+).Dakle, silikatno vlakno djeluje kao medij domaćin.Radnu valnu duljinu i širinu pojasa pojačanja određuju dodaci (erbij), a ne vlakna od silicijevog dioksida.EDFA općenito rade u području valne duljine od 1550 nm i mogu ponuditi kapacitete veće od 1 Tbps.Dakle, naširoko se koriste u WDM sustavima.

Za mehanizam pojačanja EDFA primjenjiv je princip stimulirane emisije.Kada je dopant (erbijev ion) u visokoenergetskom stanju, upadni foton ulaznog optičkog signala će ga stimulirati.Otpušta dio svoje energije dopantu i vraća se u nižeenergetsko stanje ("potaknuta emisija") koje je stabilnije.Donja slika prikazuje osnovnu strukturu EDFA.

1.1 Osnovna struktura EDFA

Laserska dioda pumpe normalno proizvodi optički signal valne duljine (na 980 nm ili 1480 nm) pri velikoj snazi ​​(~ 10-200 mW).Ovaj signal je spojen sa svjetlosnim ulaznim signalom u dijelu vlakana silicijevog dioksida dopiranom erbijem preko WDM spojnice.Ioni erbija će apsorbirati ovu energiju signala pumpe i skočiti u svoje pobuđeno stanje.Dio izlaznog svjetlosnog signala se odvaja i vraća natrag na ulaz lasera pumpe kroz optički filter i detektor.Ovo služi kao mehanizam kontrole snage povratne sprege kako bi EDFA postala samoregulirajuća pojačala.Kada se potroše svi metastabilni elektroni, nema daljnjeg pojačanja.Stoga se sustav automatski stabilizira jer izlazna optička snaga EDFA ostaje gotovo konstantna bez obzira na fluktuacije ulazne snage, ako ih ima.

1.2 Pojednostavljena funkcionalna shema EDFA

Gornja slika prikazuje pojednostavljenu funkcionalnu shemu EDFA u kojoj se signal pumpe iz lasera dodaje ulaznom optičkom signalu (na 1480 nm ili 980 nm) kroz WDM spojnicu.

Ovaj dijagram prikazuje vrlo jednostavno EDF pojačalo.Valna duljina signala pumpe (sa snagom pumpe od oko 50 mW) je 1480 nm ili 980 nm.Neki dio ovog signala pumpe prenosi se na ulazni optički signal stimuliranom emisijom unutar kratke duljine vlakna dopiranog erbijem.Ima tipični optički dobitak od oko 5-15 dB i manje od 10 dB šum.Za rad od 1550 nm, moguće je dobiti 30-40 dB optičko pojačanje.

1.3 Praktična realizacija EDFA

Gornja slika prikazuje pojednostavljeni rad EDFA s njegovom praktičnom strukturom kada se koristi u WDM aplikaciji.

Kao što je prikazano, uključuje sljedeće glavne dijelove:

• Izolator na ulazu.Ovo sprječava širenje buke koju stvara EDFA prema kraju odašiljača.

• WDM spojnica.Kombinira optički ulazni podatkovni signal male snage od 1550 nm s optičkim signalom velike snage (iz izvora pumpe kao što je laser) na valnoj duljini od 980 nm.

• Mali dio vlakana od silicijevog dioksida dopiranog erbijem.Zapravo, ovo služi kao aktivni medij EDFA.

• Izolator na izlazu.Pomaže u sprječavanju ulaska povratno reflektiranog optičkog signala u silikatno vlakno dopirano erbijem.

Konačni izlazni signal je pojačani optički podatkovni signal valne duljine od 1550 nm s preostalim signalom pumpe valne duljine od 980 nm.

Vrste vlakana dopiranih erbijem (EDFA)

Postoje dvije vrste struktura vlakana dopiranih erbijem (EDFA):

• EDFA s kopropagirajućom pumpom

• EDFA s pumpom suprotnog širenja

Donja slika prikazuje rasporede pumpi suprotnog smjera i dvosmjernih pumpi koje se mogu koristiti u EDFA strukturama.

Različiti rasporedi pumpi

Crpka za zajedničko širenje EDFA ima manju izlaznu optičku snagu s niskim šumom;dok protupropagirajuća pumpa EDFA daje veću izlaznu optičku snagu, ali proizvodi i veći šum.U tipičnom komercijalnom EDFA-u koristi se dvosmjerna pumpa s istodobnim istovremenim širenjem i suprotnim pumpanjem što rezultira relativno ujednačenim optičkim pojačanjem.

Primjena EDFA kao pojačivača, linijskog i predpojačala

U dugotrajnoj primjeni komunikacijske veze optičkog vlakna, EDFA se mogu koristiti kao pojačalo na izlazu optičkog odašiljača, linijski optičko pojačalo zajedno s optičkim vlaknom, kao i kao predpojačalo neposredno prije prijemnik, kao što je prikazano na gornjoj slici.

Može se primijetiti da su linijski EDFA postavljeni na udaljenosti od 20-100 km, ovisno o gubitku vlakana.Optički ulazni signal je na valnoj duljini od 1,55 μm, dok laseri pumpe rade na valnoj duljini od 1,48 μm ili 980 nm.Tipična duljina vlakna dopiranog erbijem je 10-50 m.

Mehanizam amplifikacije u EDFA

Kao što je ranije navedeno, mehanizam pojačanja u EDFA temelji se na stimuliranoj emisiji sličnoj onoj u laseru.Visoka energija iz signala optičke pumpe (proizvedenog drugim laserom) pobuđuje dopantne erbijeve ione (Er3+) u vlaknu silicijevog dioksida u gornjem energetskom stanju.Ulazni optički podatkovni signal potiče prijelaz pobuđenih erbijevih iona u stanje niže energije i rezultira zračenjem fotona iste energije, tj. iste valne duljine kao i ulazni optički signal.

Dijagram energetskih razina: Slobodni erbijevi ioni pokazuju diskretne razine energetskog pojasa.Kada se erbijevi ioni dopiraju u vlakno silicijevog dioksida, svaka od njihovih energetskih razina dijeli se na niz blisko povezanih razina tako da se formira energetski pojas.

1.4 Mehanizam amplifikacije u EDFA

Da bi se postigla inverzija naseljenosti, Er3+ ioni pumpaju se na srednjoj razini 2. U neizravnoj metodi (980-nm pumpanje), Er3+ ioni se kontinuirano pomiču s razine 1 na razinu 3. Nakon toga slijedi neradijacijski raspad na razinu 2, od gdje padaju na razinu 1, zračeći optičke signale u željenoj valnoj duljini od 1500–1600 nm.Ovo je poznato kao mehanizam pojačanja s 3 razine.

Za više proizvoda dopiranih erbijem, pogledajte našu web stranicu.

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

E-mail:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Faks: +86-2887897578

Dodaj: No.23, Chaoyang cesta, Xihe ulica, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Kina.