Ojačevalniki vlaken, dopiranih z erbijem (EDFA), kot ojačevalni medij uporabljajo elemente redkih zemelj, kot je erbij (Er3+).Med proizvodnim procesom se dopira v jedro vlakna.Sestavljen je iz kratkega kosa vlakna (običajno 10 m ali več), izdelanega iz stekla, v katerega je dodana majhna nadzorovana količina erbija kot dopanta v obliki iona (Er3+).Silicijeva vlakna tako delujejo kot gostiteljski medij.Delovno valovno dolžino in pasovno širino ojačenja določajo dopanti (erbij) in ne silicijeva vlakna.EDFA na splošno delujejo v območju valovne dolžine 1550 nm in lahko nudijo zmogljivost, ki presega 1 Tbps.Zato se pogosto uporabljajo v sistemih WDM.
Za mehanizem ojačanja EDFA velja načelo stimulirane emisije.Ko je dopant (erbijev ion) v visokoenergijskem stanju, ga bo vpadni foton vhodnega optičnega signala stimuliral.Sprosti del svoje energije dopantu in se vrne v stanje z nižjo energijo (»spodbujena emisija«), ki je stabilnejše.Spodnja slika prikazuje osnovno strukturo EDFA.
1.1 Osnovna struktura EDFA
Laserska dioda črpalke običajno proizvaja optični signal valovne dolžine (pri 980 nm ali 1480 nm) pri visoki moči (~ 10–200 mW).Ta signal je povezan s svetlobnim vhodnim signalom v odseku silicijevega vlakna, dopiranem z erbijem, prek spojnika WDM.Erbijevi ioni bodo absorbirali to energijo signala črpalke in skočili v svoje vzbujeno stanje.Del izhodnega svetlobnega signala se odvzame in vrne nazaj na vhod črpalnega laserja skozi optični filter in detektor.To služi kot povratni mehanizem za nadzor moči, tako da EDFA postanejo samoregulacijski ojačevalniki.Ko so porabljeni vsi metastabilni elektroni, ne pride do nadaljnjega ojačanja.Zato se sistem samodejno stabilizira, ker izhodna optična moč EDFA ostaja skoraj konstantna ne glede na nihanje vhodne moči, če sploh.
1.2 Poenostavljena funkcionalna shema EDFA
Zgornja slika prikazuje poenostavljeno funkcionalno shemo EDFA, v kateri je signal črpalke iz laserja dodan vhodnemu optičnemu signalu (pri 1480 nm ali 980 nm) prek spojnika WDM.
Ta diagram prikazuje zelo osnovni ojačevalnik EDF.Valovna dolžina signala črpalke (z močjo črpalke okoli 50 mW) je 1480 nm ali 980 nm.Del tega signala črpalke se prenese na vhodni optični signal s stimulirano emisijo znotraj kratke dolžine vlakna, dopiranega z erbijem.Ima tipično optično ojačanje približno 5–15 dB in manj kot 10 dB vrednosti šuma.Za delovanje pri 1550 nm je mogoče doseči optično ojačenje 30–40 dB.
1.3 Praktična izvedba EDFA
Zgornja slika prikazuje poenostavljeno delovanje EDFA z njegovo praktično strukturo, ko se uporablja v aplikaciji WDM.
Kot je prikazano, vključuje naslednje glavne dele:
-
Izolator na vhodu.To preprečuje, da bi se hrup, ki ga ustvari EDFA, širil proti koncu oddajnika.
-
WDM spojnik.Združuje optični vhodni podatkovni signal nizke moči 1550 nm z optičnim signalom visoke moči (iz vira črpalke, kot je laser) pri valovni dolžini 980 nm.
-
Majhen del silicijevega vlakna, dopiranega z erbijem.To dejansko služi kot aktivni medij EDFA.
-
Izolator na izhodu.Pomaga preprečiti, da bi kakršen koli nazaj odbit optični signal vstopil v z erbijem dopirano silikatno vlakno.
Končni izhodni signal je ojačan optični podatkovni signal valovne dolžine 1550 nm s preostalim signalom črpalke valovne dolžine 980 nm.
Vrste optičnih ojačevalnikov, dopiranih z erbijem (EDFA)
Obstajata dve vrsti struktur optičnih ojačevalnikov, dopiranih z erbijem (EDFA):
-
EDFA s sopropagacijsko črpalko
-
EDFA s črpalko nasprotnega širjenja
Spodnja slika prikazuje črpalko z nasprotnim širjenjem in dvosmerno črpalko, ki se lahko uporablja v strukturah EDFA.
Različne ureditve črpalk
Črpalka za sorazširjanje EDFA ima manjšo izhodno optično moč z nizkim šumom;medtem ko črpalka nasprotnega širjenja EDFA zagotavlja večjo izhodno optično moč, vendar proizvaja tudi večji šum.V tipičnem komercialnem EDFA se uporablja dvosmerna črpalka s sočasnim črpanjem s so-širjenjem in nasprotnim širjenjem, kar ima za posledico razmeroma enakomerno optično ojačanje.
Uporaba EDFA kot ojačevalnik, linijski in predojačevalnik
Pri uporabi komunikacijske povezave z optičnimi vlakni na dolge razdalje se lahko EDFA uporabljajo kot ojačevalni ojačevalnik na izhodu optičnega oddajnika, linijski optični ojačevalnik skupaj z optičnim vlaknom in kot predojačevalnik tik pred sprejemnik, kot je prikazano na zgornji sliki.
Opozoriti je treba, da so vgrajeni EDFA nameščeni na razdalji 20–100 km, odvisno od izgube vlaken.Optični vhodni signal je na valovni dolžini 1,55 μm, medtem ko laserji s črpalko delujejo na valovni dolžini 1,48 μm ali 980 nm.Tipična dolžina vlakna, dopiranega z erbijem, je 10–50 m.
Mehanizem ojačanja v EDFA
Kot smo že omenili, mehanizem ojačanja v EDFA temelji na stimulirani emisiji, podobni tistim v laserju.Visoka energija iz signala optične črpalke (ki ga proizvaja drug laser) vzbudi dopantne erbijeve ione (Er3+) v vlaknu silicijevega dioksida pri zgornjem energijskem stanju.Vhodni optični podatkovni signal spodbudi prehod vzbujenih erbijevih ionov v nižje energijsko stanje in povzroči sevanje fotonov z enako energijo, tj. enako valovno dolžino, kot jo ima vhodni optični signal.
Diagram energijskih ravni: Prosti erbijevi ioni kažejo diskretne ravni energijskega pasu.Ko so erbijevi ioni dopirani v vlakno silicijevega dioksida, se vsaka njihova energijska raven razdeli na več tesno povezanih ravni, tako da tvori energijski pas.
1.4 Mehanizem pomnoževanja v EDFA
Da bi dosegli populacijsko inverzijo, se ioni Er3+ črpajo na vmesnem nivoju 2. Pri indirektni metodi (980-nm črpanje) se ioni Er3+ neprekinjeno premikajo od nivoja 1 do nivoja 3. Sledi mu brezsevalni razpad do nivoja 2, od kjer padejo na raven 1 in sevajo optične signale v želeni valovni dolžini 1500–1600 nm.To je znano kot 3-stopenjski mehanizem ojačanja.
Za več izdelkov, dopiranih z erbijem, si oglejte našo spletno stran.
https://www.erbiumtechnology.com/erbium-laser-glasseye-safe-laser-glass/
E-naslov:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Faks: +86-2887897578
Dodaj: št. 23, cesta Chaoyang, ulica Xihe, okrožje Longquanyi, Chengdu, 610107, Kitajska.
Čas posodobitve: 5. julij 2022
