Načelo i primjenaEDFA erbijem dopirano vlaknasto pojačalo
Osnovna strukturaEDFAErbijem dopirano vlaknasto pojačalo, koje se uglavnom sastoji od aktivnog medija (deseci metara dugo dopirano kvarcno vlakno, promjer jezgre 3-5 mikrona, koncentracija dopiranja (25-1000)x10-6), izvora svjetlosti pumpe (990 ili 1480nm LD), optičkog spojnika i optičkog izolatora. Signalna svjetlost i svjetlost pumpe mogu se širiti u istom smjeru (ko-pumpanje), suprotnom smjeru (obrnuto pumpanje) ili u oba smjera (dvosmjerno pumpanje) u erbijevom vlaknu. Kada se signalna svjetlost i svjetlost pumpe istovremeno ubrizgavaju u erbijevo vlakno, erbijev ion se pod djelovanjem svjetlosti pumpe pobuđuje na visoku energetsku razinu (sustav s tri razine) i ubrzo se raspada na metastabilnu razinu. Kada se pod djelovanjem upadne signalne svjetlosti vrati u osnovno stanje, emitira se foton koji odgovara signalnoj svjetlosti, tako da se signal pojačava. Njegov spektar pojačane spontane emisije (ASE) ima veliku širinu pojasa (do 20-40 nm) i dva vrha koji odgovaraju 1530 nm odnosno 1550 nm.
Glavne prednostiEDFA pojačalosu visoko pojačanje, velika propusnost, visoka izlazna snaga, visoka učinkovitost pumpanja, niski uneseni gubitak i neosjetljivost na polarizacijska stanja.
Princip rada pojačala s vlaknima dopiranim erbijem
Pojačalo s vlaknima dopiranim erbijemEDFA optičko pojačalo) se uglavnom sastoji od vlakna dopiranog erbijem (duljine oko 10-30 m) i izvora svjetlosti pumpe. Princip rada je da vlakno dopirano erbijem generira stimulirano zračenje pod djelovanjem izvora svjetlosti pumpe (valna duljina 980 nm ili 1480 nm), a zračena svjetlost se mijenja s promjenom ulaznog svjetlosnog signala, što je ekvivalentno pojačavanju ulaznog svjetlosnog signala. Rezultati pokazuju da je pojačanje pojačala vlakna dopiranog erbijem obično 15-40 dB, a udaljenost releja može se povećati za više od 100 km. Dakle, ljudi se ne mogu ne zapitati: zašto su se znanstvenici sjetili koristiti dopirani erbij u pojačalu vlakna kako bi povećali intenzitet svjetlosnih valova? Znamo da je erbij rijetkozemni element, a rijetkozemni elementi imaju svoje posebne strukturne karakteristike. Dopiranje rijetkozemnih elemenata u optičkim uređajima već se dugo koristi za poboljšanje performansi optičkih uređaja, tako da to nije slučajan faktor. Osim toga, zašto je valna duljina izvora svjetlosti pumpe odabrana na 980 nm ili 1480 nm? Zapravo, valna duljina izvora svjetlosti pumpe može biti 520 nm, 650 nm, 980 nm i 1480 nm, ali praksa je pokazala da je valna duljina lasera izvora svjetlosti pumpe od 1480 nm najveća, a slijedi je valna duljina izvora svjetlosti pumpe od 980 nm.
Fizička struktura
Osnovna struktura erbijem dopiranog optičkog pojačala (EDFA optičko pojačalo). Na ulaznom i izlaznom kraju nalazi se izolator, čija je svrha jednosmjerni prijenos optičkog signala. Pobudni izvor pumpe ima valnu duljinu od 980 nm ili 1480 nm i koristi se za opskrbu energijom. Funkcija spojnika je spajanje ulaznog optičkog signala i svjetlosti pumpe u erbijem dopirano vlakno te prijenos energije svjetlosti pumpe na ulazni optički signal djelovanjem erbijem dopiranog vlakna, kako bi se ostvarilo energetsko pojačanje ulaznog optičkog signala. Kako bi se postigla veća izlazna optička snaga i niži indeks šuma, erbijem dopirano optičko pojačalo koje se koristi u praksi usvaja strukturu od dva ili više izvora pumpe s izolatorima u sredini radi međusobnog izoliranja. Kako bi se dobila šira i ravnija krivulja pojačanja, dodaje se filtar za izravnavanje pojačanja.
EDFA se sastoji od pet glavnih dijelova: erbijem dopiranog vlakna (EDF), optičkog spojnika (WDM), optičkog izolatora (ISO), optičkog filtera i napajanja. Uobičajeno korišteni izvori pumpanja uključuju 980 nm i 1480 nm, a ova dva izvora pumpanja imaju veću učinkovitost pumpanja i više se koriste. Koeficijent šuma izvora svjetlosti pumpanja od 980 nm je niži; izvor svjetlosti pumpanja od 1480 nm ima veću učinkovitost pumpanja i može postići veću izlaznu snagu (oko 3 dB više od izvora svjetlosti pumpanja od 980 nm).
prednost
1. Radna valna duljina je u skladu s minimalnim prozorom slabljenja jednomodnog vlakna.
2. Visoka učinkovitost spajanja. Budući da je riječ o optičkom pojačalu, lako se spaja s prijenosnim vlaknom.
3. Visoka učinkovitost pretvorbe energije. Jezgra EDF-a je manja od jezgre prijenosnog vlakna, a signalna svjetlost i svjetlost pumpe prenose se istovremeno u EDF-u, tako da je optički kapacitet vrlo koncentriran. To čini interakciju između svjetlosti i medija za pojačanje Er iona vrlo potpunom, zajedno s odgovarajućom duljinom vlakna dopiranog erbijem, tako da je učinkovitost pretvorbe svjetlosne energije visoka.
4. Visoko pojačanje, nizak indeks šuma, velika izlazna snaga, nisko preslušavanje između kanala.
5. Karakteristike stabilnog pojačanja: EDFA nije osjetljiv na temperaturu, a pojačanje ima malu korelaciju s polarizacijom.
6. Funkcija pojačanja neovisna je o brzini prijenosa sustava i formatu podataka.
nedostatak
1. Nelinearni efekt: EDFA pojačava optičku snagu povećanjem optičke snage ubrizgane u vlakno, ali što je veća to bolje. Kada se optička snaga poveća do određene mjere, pojavit će se nelinearni efekt optičkog vlakna. Stoga, pri korištenju optičkih pojačala, treba obratiti pozornost na vrijednost kontrole ulazne optičke snage jednog kanala.
2. Raspon valnih duljina pojačanja je fiksan: radni raspon valnih duljina C-pojasa EDFA je 1530nm~1561nm; radni raspon valnih duljina L-pojasa EDFA je 1565nm~1625nm.
3. Neravnomjerna propusnost pojačanja: Propusnost pojačanja EDFA erbijem dopiranog vlaknastog pojačala je vrlo široka, ali spektar pojačanja samog EDF-a nije ravan. Za izravnavanje pojačanja u WDM sustavu mora se usvojiti filtar za izravnavanje pojačanja.
4. Problem svjetlosnog udara: Kada je put svjetlosti normalan, erbijeve ione pobuđene svjetlom pumpe odnosi signalna svjetlost, čime se dovršava pojačanje signalne svjetlosti. Ako je ulazna svjetlost skraćena, jer se metastabilni erbijevi ioni nastavljaju akumulirati, nakon što se ulazna signalna svjetlost obnovi, energija će skočiti, što će rezultirati svjetlosnim udarom.
5. Rješenje za optički prenapon je ostvarivanje funkcije automatskog smanjenja optičke snage (APR) ili automatskog isključivanja optičke snage (APSD) u EDFA-i, odnosno EDFA automatski smanjuje snagu ili automatski isključuje napajanje kada nema ulaznog svjetla, čime se potiskuje pojava fenomena prenapona.
Način primjene
1. Pojačalo pojačala koristi se za pojačavanje snage više valnih duljina nakon pojačala, a zatim za njihov prijenos. Budući da je snaga signala nakon pojačala općenito velika, indeks šuma i pojačanje pojačala snage nisu jako visoki. Ima relativno veliku izlaznu snagu.
2. Linijsko pojačalo, nakon pojačala snage, koristi se za periodičnu kompenzaciju gubitka linijskog prijenosa, što općenito zahtijeva relativno mali indeks šuma i veliku izlaznu optičku snagu.
3. Predpojačalo: Prije razdjelnika i nakon linijskog pojačala koristi se za pojačavanje signala i poboljšanje osjetljivosti prijemnika (u slučaju da omjer optičkog signala i šuma (OSNR) zadovoljava zahtjeve, veća ulazna snaga može potisnuti šum samog prijemnika i poboljšati osjetljivost prijema), a indeks šuma je vrlo mali. Nema velikih zahtjeva za izlaznu snagu.
Vrijeme objave: 17. ožujka 2025.