Erbium-seostetut kuituvahvistimet (EDFA:t)

Erbium-seostetut kuituvahvistimet (EDFA:t) käyttävät vahvistusväliaineena harvinaisia ​​maametallielementtejä, kuten erbiumia (Er3+).Se seostetaan kuituytimeen valmistusprosessin aikana.Se koostuu lasista tehdystä lyhyestä kuidunpalasta (yleensä 10 m), johon on lisätty pieni kontrolloitu määrä erbiumia lisäaineena ionin muodossa (Er3+).Siten piidioksidikuitu toimii isäntäväliaineena.Seostusaineet (erbium) määräävät toimintaaallonpituuden ja vahvistuskaistanleveyden piidioksidin sijaan.EDFA:t toimivat yleensä 1550 nm:n aallonpituusalueella ja voivat tarjota yli 1 Tbps:n kapasiteettia.Joten niitä käytetään laajalti WDM-järjestelmissä.

Stimuloidun emission periaatetta voidaan soveltaa EDFA:n vahvistusmekanismiin.Kun seostusaine (erbiumioni) on korkeaenergisessä tilassa, optisen tulosignaalin kohtaava fotoni stimuloi sitä.Se vapauttaa osan energiastaan ​​seostusaineeseen ja palaa alhaisemman energian tilaan ("stimuloitu emissio"), joka on vakaampi.Alla oleva kuva näyttää EDFA:n perusrakenteen.

1.1 EDFA:n perusrakenne

Pumpun laserdiodi tuottaa normaalisti optisen signaalin aallonpituudella (joko 980 nm tai 1480 nm) suurella teholla (~ 10–200 mW).Tämä signaali on kytketty valon tulosignaaliin piidioksidikuidun erbiumseostetussa osassa WDM-liittimen kautta.Erbium-ionit absorboivat tämän pumpun signaalienergian ja hyppäävät kiihtyneeseen tilaan.Osa lähtövalosignaalista napautetaan ja syötetään takaisin pumppulaserin tuloon optisen suodattimen ja ilmaisimen kautta.Tämä toimii takaisinkytkennän tehonsäätömekanismina, jotta EDFA:ista voidaan tehdä itsesäätyviä vahvistimia.Kun kaikki metastabiilit elektronit kuluvat, vahvistusta ei enää tapahdu.Siksi järjestelmä stabiloituu automaattisesti, koska EDFA:n optinen lähtöteho pysyy lähes vakiona riippumatta syöttötehon vaihtelusta, jos sellaista on.

1.2 Yksinkertaistettu EDFA:n toimintakaavio

Yllä oleva kuva esittää yksinkertaistetun toiminnallisen kaavion EDFA:sta, jossa laserista tuleva pumppusignaali lisätään optiseen tulosignaaliin (1480 nm:ssä tai 980 nm:ssä) WDM-kytkimen kautta.

Tämä kaavio esittää hyvin yksinkertaisen EDF-vahvistimen.Pumpun signaalin aallonpituus (pumpun teholla noin 50 mW) on 1480 nm tai 980 nm.Osa tästä pumpun signaalista siirretään optiseen tulosignaaliin stimuloidulla emissiolla lyhyen Erbium-seostetun kuidun sisällä.Sen tyypillinen optinen vahvistus on noin 5–15 dB ja kohinaluku alle 10 dB.1550 nm:n toiminnalla on mahdollista saada 30–40 dB optinen vahvistus.

1.3 EDFA:n käytännön toteutus

Yllä oleva kuva esittää EDFA:n yksinkertaistettua toimintaa sen käytännön rakenteella, kun sitä käytetään WDM-sovelluksessa.

Kuten näkyy, se sisältää seuraavat pääosat:

• Isolaattori tulossa.Tämä estää EDFA:n tuottaman kohinan etenemisen lähettimen päähän.

• WDM-liitin.Se yhdistää pienitehoisen 1550 nm:n optisen tulodatasignaalin tehokkaaseen pumppaavaan optiseen signaaliin (pumppulähteestä, kuten laserista) 980 nm:n aallonpituudella.

• Pieni osa erbium-seostettua piidioksidikuitua.Itse asiassa tämä toimii EDFA:n aktiivisena välineenä.

• Ulostulossa eristin.Se auttaa estämään taaksepäin heijastuneen optisen signaalin pääsyn erbium-seostettuun piidioksidikuituun.

Lopullinen lähtösignaali on vahvistettu 1550 nm:n aallonpituuden optinen datasignaali, jossa jäännösaallonpituus on 980 nm.

Erbium-seostettujen kuituvahvistimien tyypit (EDFA)

Erbium-Doped Fiber Amplifiers (EDFA:t) -rakenteita on kahdenlaisia:

• EDFA yhteisetenemispumpulla

• EDFA vastavirtapumpulla

Alla olevassa kuvassa on esitetty vastakkaiset pumppu- ja kaksisuuntaiset pumppujärjestelyt, joita voidaan käyttää EDFA-rakenteissa.

Erilaiset pumppujärjestelyt

Yhdessä etenevässä EDFA-pumpussa on pienempi optinen teho ja alhainen melu;Vastakkaisesti etenevä EDFA-pumppu tarjoaa korkeamman optisen tehon, mutta tuottaa myös enemmän melua.Tyypillisessä kaupallisessa EDFA:ssa käytetään kaksisuuntaista pumppua, jossa on samanaikainen eteneminen ja vastaeteneminen, mikä johtaa suhteellisen tasaiseen optiseen vahvistukseen.

EDFA:n käyttö tehostimena, in-line- ja esivahvistimena

Pitkän matkan optisen kuituviestintälinkin sovelluksessa EDFA:ita voidaan käyttää tehostinvahvistimena optisen lähettimen lähdössä, in-line optisena vahvistimena optisen kuidun kanssa sekä esivahvistimena juuri ennen vastaanotin, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy.

On syytä huomata, että in-line EDFA:t sijoitetaan 20–100 km:n etäisyydelle toisistaan ​​kuituhäviöstä riippuen.Optinen tulosignaali on 1,55 μm:n aallonpituudella, kun taas pumppulaserit toimivat 1,48 μm:n tai 980 nm:n aallonpituudella.Erbium-seostetun kuidun tyypillinen pituus on 10–50 m.

Vahvistusmekanismi EDFA:ssa

Kuten aiemmin todettiin, EDFA:n vahvistusmekanismi perustuu stimuloituun emissioon, joka on samanlainen kuin laserin.Optisen pumpun signaalin suuri energia (jota tuotetaan toisella laserilla) virittää lisäaineen erbium-ionit (Er3+) piidioksidikuidussa ylemmässä energiatilassa.Tulooptinen datasignaali stimuloi virittyneiden Erbium-ionien siirtymistä alemman energian tilaan ja johtaa fotonien säteilyyn, jolla on sama energia eli sama aallonpituus kuin sisääntulooptisella signaalilla.

Energiatasokaavio: Vapailla erbium-ioneilla on erillisiä energiakaistan tasoja.Kun erbium-ionit seostetaan piidioksidikuituun, kukin niiden energiatasoista jakautuu useisiin läheisesti toisiinsa liittyviin tasoihin muodostaen energiakaistan.

1.4 Vahvistusmekanismi EDFA:ssa

Populaatioinversion saavuttamiseksi Er3+-ioneja pumpataan välitasolle 2. Epäsuorassa menetelmässä (980 nm:n pumppaus) Er3+-ioneja siirretään jatkuvasti tasolta 1 tasolle 3. Sitä seuraa ei-säteilyllinen hajoaminen tasolle 2 alkaen. jossa ne putoavat tasolle 1 ja säteilevät optisia signaaleja halutulla aallonpituudella 1500–1600 nm.Tämä tunnetaan 3-tason vahvistusmekanismina.

Lisää Erbium-seostettuja tuotteita löydät verkkosivuiltamme.

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

Sähköposti:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Faksi: +86-2887897578

Lisää: No.23, Chaoyang-tie, Xihe-katu, Longquanyin alue, Chengdu, 610107, Kiina.