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