Ammatillinen tieto

Erbium-seostettu kuituvahvistin (EDFA)

2021-03-19
Toimintaperiaate:
Theerbium-seostettu kuituvahvistin (EDFA)on väliaine, joka käyttää heliumioneja energian muuntamiseksi. Energian vahvistusikkunan toiminta-aallonpituusikkuna on 1 550 nm ja leveys 50 am, mikä on yhdenmukainen kuidun pienihäviöisen ikkunan kanssa. Energian ruiskutusikkuna on 980 nm ja 1 480 nm. Yleensä erbium-seostettu ionikuitu valmistetaan EDFA-vahvistusytimeksi eli aktiiviseksi väliaineeksi. Vahvistusjärjestelmä on laserin kolmitasoinen järjestelmä, jonka injektoitu valoenergia 980 nm absorboituu heliumionien toimesta korkealle energiatasolle 4", ja laserin siirtymätaso 4n siirtyy relaksaatiovärähtelyn vaikutuksesta. energiatason pitkä käyttöikä, suuri määrä kertymistä Aktivoituneet hiukkaset, jotka varaavat suuren määrän energiaa ja läpäisevät sitten stimuloidun säteilyn signaalivalolla, saavat saman taajuuden ja saman vaiheen kerrotun signaalin ja palauttavat hiukkaset perustilaan. Vahvistusprosessin aiheuttama kohina on spontaani säteily (Amplified Spontaneous Emission (ASE), joka liittyy pumpun aallonpituuteen. Yleisesti ottaen 980 nm:n laserpumppu on alhainen hyötysuhde ja vähäinen melu , kun taas 1 480 nm:n laser on erittäin tehokas ja meluisa. Suunnitteluprosessissa yleinen esikuituvahvistin EDFA käyttää 980 nm:n pumppausta ja Booster EDFA lähetyspäässä käyttää hybridipumppausmenetelmää 980 nm ja 1 480 nm, ja erityisesti optisten taajuuskorjaussuodattimien DWDM-vaatimusten mukaiset materiaalit. Kalvoinen litteä suodatin.
Erbium-seostetun kuituvahvistimen (FDFA) perusrakenne:
Tyypillinen EDFA koostuu erbium-seostetusta kuidusta, pumppulähteestä, aallonpituusjakomultiplekserista, optisesta isolaattorista ja optisesta suodattimesta. Erbium-seostettu kuitu antaa vahvistuksen, pumppulähde tarjoaa riittävän pumpun tehon ja aallonpituusjakomultiplekseri yhdistää signaalivalon ja pumppuvalon erbiumseosteiseksi kuiduksi. Optinen eristin varmistaa yksisuuntaisen valon läpäisyn estääkseen valon heijastukset muodostamasta optisia värähtelyjä ja takaisinkytkentävalo aiheuttaa häiriöitä signaalilaserin toimintatilassa. Optisen suodattimen tehtävänä on suodattaa pois optisen vahvistimen ASE-kohina ja parantaa EDFA:n signaali-kohinasuhdetta. Tavallisesti EDFA:ssa on kolme pumpputyyppiä: yhteissuuntainen pumppu, käänteinen pumppu ja kaksisuuntainen pumppu. Sen varmistamiseksi, että EDFA:n vahvistus on vakio (eli esivahvistimen ja linjan lineaarivahvistin) tai lähtöteho on vakio (eli kyllästystehon vahvistin lähetyspäässä), on tarpeen suunnitella apupiiri valvomaan EDFA:n tulo- ja lähtötehoa sekä pumppauslähdettä. Työn tilaa valvotaan ja valvotaan. Valvontatulosten mukaan pumpun valonlähteen toimintaparametrit on säädetty asianmukaisesti, jotta EDFA toimii optimaalisessa tilassa. Lisäksi apupiiriosassa on myös suojaustoimintojen, kuten automaattisen lämpötilan säädön ja automaattisen tehonsäädön, piirit.
Erbium-seosteisen kuituvahvistimen (EDFA) perussuorituskyky:
EDFA:n perussuorituskyky näkyy vahvistuksessa, lähtötehossa ja kohinassa sekä kaistanleveydessä ja taajuuskorjauksessa.
1. Vahvistusominaisuudet Vahvistusominaisuudet edustavat optisen vahvistimen lähtötehon suhteen ottotehoon vahvistuskykyä. Se liittyy useisiin tekijöihin, yleensä ilmaistuna dB:nä, ja yleisesti käytetty vahvistuskerroin on 15-40 dB. Yleisesti ottaen vahvistus liittyy suoraan pumpun tehoon ja myös erbium-seostetun kuidun pituuteen. Paras arvo löytyy kokeilemalla.
2. Lähtötehon ominaisuudet Ihanteellisessa lineaarisessa optisessa vahvistimessa optista signaalia voidaan vahvistaa ja lähettää samalla vahvistuksella optisesta tulotehosta riippumatta. Tämän tilan varmistamiseksi, yleensä vain pientä optista signaalia syötettäessä, riittävällä vahvistuksella vahvistetun optisen signaalin ulostulo ei riitä vähentämään laseriin ruiskutetun pumpun tehon energiatason hiukkasten määrää. Kuitenkin, kun optinen tuloteho on riittävän suuri, injektoitu teho ei riitä kompensoimaan ulostulotehoa vahvistuksen jälkeen, jolloin käänteisten hiukkasten määrä kyllästyy ja vähenee ja siten optinen lähtöteho pienenee, mikä vaikuttaa laskuun. vahvistuskertoimesta eli vahvistuksen kyllästymisestä. , niin että vahvistus tulee epälineaarisen vahvistuksen kyllästymisalueelle. EDFA:n maksimilähtöteho ilmaistaan ​​yleensä 3 dB:n kyllästetyllä lähtöteholla, joka vastaa lähtötehoa, kun kyllästysvahvistus laskee 3 dB, mikä kuvastaa EDFA:n maksimilähtötehoa. EDFA:n kyllästyslähtöominaisuudet liittyvät pumpun tehoon, erbiumseostetun kuidun pituuteen ja rakenteeseen. Mitä suurempi pumpun optinen teho on, sitä suurempi on 3 dB:n kyllästetty lähtöteho; mitä pidempi erbium-seostettu kuidun pituus, sitä suurempi on 3 dB kyllästetty lähtöteho.
3. Kohinaominaisuudet Vahvistusprosessin aikana EDFA:n tuottama optinen kohina on pääasiassa spontaanisti säteilevää optista tehoa aktivoidussa erbium-seostetussa kuidussa, jonka sitten vahvistaa erbiumseostetun kuidun aktiivinen alue, joka on vahvistettu spontaani emissio. optinen kohina. . Pääkohinalähteitä on neljä: signaalivalon laukauskohina, vahvistetun spontaanin säteilyn ASE-kohina, valkoisen valon emission ASE-spektrin ja signaalivalon välinen lyöntikohina ja spontaanin säteilyn ASE-spektrien välinen lyöntikohina. . Näistä kahdella jälkimmäisellä on suurin vaikutus, ja sykekohina spontaanin emission ASE-spektrin ja signaalivalon välillä on tärkein tekijä, joka määrää EDFA:n suorituskyvyn. EDFA:n kohinaominaisuudet voidaan ilmaista kohinaluvulla NF, joka on EDFA:n tulosignaalin kohinasuhteen suhde lähtösignaaliin kohinasuhteeseen, ilmaistuna dB. Se liittyy läheisesti samanvaiheisen lähetyksen spontaanin emission spektritiheyteen ja vahvistimen vahvistukseen, ja se liittyy tulosignaalin tehoon, pumpun tehoon ja pumppausmoodiin. Pienen optisen signaalin tulon alla optisen vahvistimen kohinaluku NF lisää stimuloitua säteilyä tulosignaalin tehon kasvaessa ja spontaanin säteilyn suhde heikkenee, mikä vähentää kohinalukua NF. Suuren optisen signaalin tulon alla optisen vahvistimen kohinaluku NF pienenee tulosignaalin tehon kasvaessa ja spontaanin säteilyn optinen teho kasvaa siten, että kohinaluku NF kasvaa. Melu laskee pumpun tehon kasvaessa. EDFA:n meluteho koostuu kahdesta osasta, joista toinen on kunkin pienipituisen kuidun tuottamaa valkoista säteilevää säteilyä ja suurin osa kuidun tuottaman spontaanin säteilyn vahvistusta kuidun etuosaan, on vahvistettu spontaani emissio. Mitä suurempi pumpun teho on, sitä pienempi on edellisen osan osuus, sillä vaikka lähtökohinateho kasvaa pumpun tehon kasvaessa, myös signaali vahvistuu, joten kunkin kuidun tuottaman spontaanin säteilyn osuus on suurempi. Pieni, joten yleinen signaali-kohinasuhde paranee, eli kohinaluku NF pienenee.