Prinsip dan aplikasiPenguat gentian EDFA yang didop erbium
Struktur asas bagiEDFAPenguat gentian terdop erbium, yang kebanyakannya terdiri daripada medium aktif (gentian kuarza terdop berpuluh-puluh meter panjang, diameter teras 3-5 mikron, kepekatan terdop (25-1000)x10-6), sumber cahaya pam (990 atau 1480nm LD), pengganding optik dan pengasing optik. Lampu isyarat dan lampu pam boleh merambat ke arah yang sama (pengepam bersama), arah bertentangan (pengepam terbalik), atau kedua-dua arah (pengepam dwiarah) dalam gentian Erbium. Apabila lampu isyarat dan lampu pam disuntik ke dalam gentian erbium pada masa yang sama, ion erbium teruja ke tahap tenaga yang tinggi (sistem tiga peringkat) di bawah tindakan lampu pam, dan tidak lama kemudian mereput ke tahap metastabil. Apabila ia kembali ke keadaan dasar di bawah tindakan lampu isyarat tuju, foton yang sepadan dengan lampu isyarat dipancarkan, supaya isyarat dikuatkan. Spektrum pancaran spontan (ASE) yang diperkuat mempunyai lebar jalur yang besar (sehingga 20-40nm) dan mempunyai dua puncak masing-masing sepadan dengan 1530nm dan 1550nm.
Kelebihan utama bagiPenguat EDFAadalah gandaan tinggi, lebar jalur yang besar, kuasa output yang tinggi, kecekapan pam yang tinggi, kehilangan sisipan yang rendah dan ketidakpekaan terhadap keadaan pengkutuban.
Prinsip kerja penguat gentian yang didop erbium
Penguat gentian yang didop erbium（Penguat Optik EDFA） terutamanya terdiri daripada gentian yang didop erbium (kira-kira 10-30m panjang) dan sumber cahaya pam. Prinsip kerjanya ialah gentian yang didop erbium menghasilkan sinaran yang dirangsang di bawah tindakan sumber cahaya yang dipam (panjang gelombang 980nm atau 1480nm), dan cahaya yang dipancarkan berubah dengan perubahan isyarat cahaya input, yang bersamaan dengan menguatkan isyarat cahaya input. Keputusan menunjukkan bahawa gandaan penguat gentian yang didop erbium biasanya 15-40db, dan jarak geganti boleh ditingkatkan lebih daripada 100km. Jadi, orang ramai tidak dapat tidak bertanya: mengapa saintis terfikir untuk menggunakan erbium yang didop dalam penguat gentian untuk meningkatkan keamatan gelombang cahaya? Kita tahu bahawa erbium adalah unsur nadir bumi, dan unsur nadir bumi mempunyai ciri-ciri struktur khasnya. Pengdopan unsur nadir bumi dalam peranti optik telah digunakan untuk masa yang lama untuk meningkatkan prestasi peranti optik, jadi ini bukanlah faktor yang tidak disengajakan. Di samping itu, mengapa panjang gelombang sumber cahaya pam dipilih pada 980nm atau 1480nm? Malah, panjang gelombang sumber cahaya pam boleh menjadi 520nm, 650nm, 980nm, dan 1480nm, tetapi amalan telah membuktikan bahawa panjang gelombang kecekapan laser sumber cahaya pam 1480nm adalah yang tertinggi, diikuti oleh panjang gelombang sumber cahaya pam 980nm.
Struktur fizikal
Struktur asas penguat gentian terdop erbium (Penguat Optik EDFA). Terdapat pengasing pada hujung input dan hujung output, tujuannya adalah untuk membuat penghantaran isyarat optik sehala. Penguja pam mempunyai panjang gelombang 980nm atau 1480nm dan digunakan untuk membekalkan tenaga. Fungsi pengganding adalah untuk menggabungkan isyarat optik input dan cahaya pam ke dalam gentian terdop erbium, dan memindahkan tenaga cahaya pam ke isyarat optik input melalui tindakan gentian terdop erbium, untuk merealisasikan penguatan tenaga isyarat optik input. Untuk mendapatkan kuasa optik output yang lebih tinggi dan indeks hingar yang lebih rendah, penguat gentian terdop erbium yang digunakan dalam amalan menggunakan struktur dua atau lebih sumber pam dengan pengasing di tengah untuk mengasingkan antara satu sama lain. Untuk mendapatkan lengkung gandaan yang lebih lebar dan rata, penapis perataan gandaan ditambah.
EDFA terdiri daripada lima bahagian utama: Serat dop erbium (EDF), Pengganding optik (WDM), pengasing optik (ISO), Penapis Optik dan Bekalan Pam. Sumber pam yang biasa digunakan termasuk 980nm dan 1480nm, dan kedua-dua sumber pam ini mempunyai kecekapan pam yang lebih tinggi dan digunakan lebih banyak. Pekali hingar sumber cahaya pam 980nm adalah lebih rendah; Sumber cahaya pam 1480nm mempunyai kecekapan pam yang lebih tinggi dan boleh memperoleh kuasa output yang lebih besar (kira-kira 3dB lebih tinggi daripada sumber cahaya pam 980nm).
kelebihan
1. Panjang gelombang operasi adalah konsisten dengan tetingkap pelemahan minimum gentian mod tunggal.
2. Kecekapan gandingan yang tinggi. Oleh kerana ia merupakan penguat gentian, ia mudah digandingkan dengan gentian penghantaran.
3. Kecekapan penukaran tenaga yang tinggi. Teras EDF adalah lebih kecil daripada gentian penghantaran, dan lampu isyarat dan lampu pam dihantar serentak dalam EDF, jadi kapasiti optik sangat tertumpu. Ini menjadikan interaksi antara cahaya dan medium gandaan ion Er sangat penuh, digandingkan dengan panjang gentian yang didop erbium yang sesuai, jadi kecekapan penukaran tenaga cahaya adalah tinggi.
4. Keuntungan tinggi, indeks hingar rendah, kuasa output besar, crosstalk rendah antara saluran.
5. Ciri-ciri gandaan yang stabil: EDFA tidak sensitif terhadap suhu, dan gandaan mempunyai sedikit korelasi dengan polarisasi.
6. Ciri gandaan adalah bebas daripada kadar bit sistem dan format data.
kekurangan
1. Kesan tak linear: EDFA menguatkan kuasa optik dengan meningkatkan kuasa optik yang disuntik ke dalam gentian, tetapi lebih besar lebih baik. Apabila kuasa optik ditingkatkan sehingga tahap tertentu, kesan tak linear gentian optik akan dihasilkan. Oleh itu, apabila menggunakan penguat gentian optik, perhatian harus diberikan kepada nilai kawalan kuasa gentian optik masuk saluran tunggal.
2. Julat panjang gelombang gandaan adalah tetap: julat panjang gelombang kerja EDFA jalur-C ialah 1530nm~1561nm; Julat panjang gelombang kerja EDFA jalur-L ialah 1565nm~1625nm.
3. Lebar jalur gandaan tidak sekata: Lebar jalur gandaan penguat gentian dop erbium EDFA adalah sangat luas, tetapi spektrum gandaan EDF itu sendiri tidak rata. Penapis perataan gandaan mesti digunakan untuk meratakan gandaan dalam sistem WDM.
4. Masalah lonjakan cahaya: Apabila laluan cahaya adalah normal, ion erbium yang teruja oleh cahaya pam akan dibawa oleh cahaya isyarat, sekali gus melengkapkan penguatan cahaya isyarat. Jika cahaya input dipendekkan, kerana ion erbium metastabil terus terkumpul, sebaik sahaja input cahaya isyarat dipulihkan, tenaga akan melonjak, mengakibatkan lonjakan cahaya.
5. Penyelesaian kepada lonjakan optik adalah untuk merealisasikan fungsi pengurangan kuasa optik automatik (APR) atau fungsi pemadaman kuasa optik automatik (APSD) dalam EDFA, iaitu, EDFA secara automatik mengurangkan kuasa atau mematikan kuasa secara automatik apabila tiada lampu input, sekali gus menyekat berlakunya fenomena lonjakan.
Mod aplikasi
1. Penguat penggalak digunakan untuk meningkatkan kuasa isyarat panjang gelombang berbilang selepas gelombang penggalak, dan kemudian menghantarnya. Oleh kerana kuasa isyarat selepas gelombang penggalak pada amnya besar, indeks hingar dan gandaan penguat kuasa tidak begitu tinggi. Mempunyai kuasa output yang agak besar.
2. Penguat talian, selepas Penguat kuasa, digunakan untuk mengimbangi kehilangan penghantaran talian secara berkala, secara amnya memerlukan indeks hingar yang agak kecil dan kuasa optik output yang besar.
3. Pra-Penguat: Sebelum pembahagi dan selepas penguat talian, ia digunakan untuk menguatkan isyarat dan meningkatkan kepekaan penerima (sekiranya nisbah isyarat-ke-bunyi optik (OSNR) memenuhi keperluan, kuasa input yang lebih besar dapat menyekat hingar penerima itu sendiri dan meningkatkan kepekaan penerima), dan indeks hingar adalah sangat kecil. Tiada keperluan yang besar pada kuasa output.
Masa siaran: 17 Mac 2025