Влакнестите усилватели с добавка на ербий (EDFA) използват редкоземни елементи като ербий (Er3+) като среда за усилване.Той се добавя в сърцевината на влакното по време на производствения процес.Състои се от късо парче влакно (обикновено около 10 m), направено от стъкло, в което е добавено малко контролирано количество ербий като добавка под формата на йон (Er3+).По този начин силициевото влакно действа като приемна среда.Добавките (ербий), а не силициевите влакна определят работната дължина на вълната и честотната лента на усилване.EDFA обикновено работят в областта на дължината на вълната 1550 nm и могат да предложат капацитет над 1 Tbps.Така че те се използват широко в WDM системи.
Принципът на стимулираната емисия е приложим за механизма на усилване на EDFA.Когато допантът (ербиев йон) е във високоенергийно състояние, падащ фотон на входния оптичен сигнал ще го стимулира.Той освобождава част от енергията си към добавката и се връща в състояние с по-ниска енергия („стимулирана емисия“), което е по-стабилно.Фигурата по-долу показва основната структура на EDFA.
1.1 Основна структура на EDFA
Лазерният диод на помпата обикновено произвежда оптичен сигнал с дължина на вълната (при 980 nm или 1480 nm) при висока мощност (~ 10–200 mW).Този сигнал се свързва със светлинния входен сигнал в легираната с ербий секция на силициевото влакно чрез WDM съединител.Ербиевите йони ще абсорбират тази енергия на сигнала на помпата и ще скочат до своето възбудено състояние.Част от изходния светлинен сигнал се отслушва и се връща обратно на входа на изпомпващия лазер чрез оптичен филтър и детектор.Това служи като механизъм за контрол на мощността за обратна връзка, така че EDFA да се превърнат в саморегулиращи се усилватели.Когато всички метастабилни електрони се консумират, тогава не се получава допълнително усилване.Следователно системата се стабилизира автоматично, тъй като изходната оптична мощност на EDFA остава почти постоянна, независимо от флуктуацията на входната мощност, ако има такава.
1.2 Опростена функционална схема на EDFA
Фигурата по-горе показва опростената функционална схема на EDFA, в която сигнал на помпа от лазера се добавя към входен оптичен сигнал (при 1480 nm или 980 nm) през WDM съединител.
Тази диаграма показва много елементарен EDF усилвател.Дължината на вълната на сигнала на помпата (с мощност на помпата около 50 mW) е 1480 nm или 980 nm.Част от този сигнал на помпата се прехвърля към входния оптичен сигнал чрез стимулирано излъчване в рамките на къса дължина на легирано с ербий влакно.Той има типично оптично усилване от около 5–15 dB и по-малко от 10 dB стойност на шума.За работа на 1550 nm е възможно да се получи 30–40 dB оптично усилване.
1.3 Практическа реализация на EDFA
Горната фигура изобразява опростена работа на EDFA с неговата практическа структура, когато се използва в WDM приложение.
Както е показано, той включва следните основни части:
-
Изолатор на входа.Това предпазва шума, генериран от EDFA, от разпространение към края на предавателя.
-
WDM съединител.Той комбинира оптичния входен сигнал с ниска мощност от 1550 nm с оптичен оптичен сигнал с висока мощност (от източник на помпа като лазер) при дължина на вълната 980 nm.
-
Малък участък от силициево влакно, легирано с ербий.Всъщност това служи като активна среда на EDFA.
-
Изолатор на изхода.Той помага да се предотврати навлизането на обратно отразен оптичен сигнал в легираното с ербий силициево влакно.
Крайният изходен сигнал е усилен сигнал с оптични данни с дължина на вълната 1550 nm с остатъчен изпомпващ сигнал с дължина на вълната 980 nm.
Видове усилватели с ербиеви влакна (EDFA)
Има два типа структури на усилватели с ербиеви влакна (EDFA):
-
EDFA с помпа за съвместно разпространение
-
EDFA с помпа с насрещно разпространение
Фигурата по-долу показва помпи с насрещно разпространение и двупосочни помпи, които могат да се използват в EDFA структури.
Различно разположение на помпата
Помпата за съвместно разпространение EDFA се характеризира с по-ниска изходна оптична мощност с нисък шум;докато помпата с насрещно разпространение EDFA осигурява по-висока изходна оптична мощност, но произвежда и по-голям шум.В типичен комерсиален EDFA се използва двупосочна помпа с едновременно съвместно разпространение и обратно разпространение, което води до относително равномерно оптично усилване.
Приложение на EDFA като бустер, вграден и предусилвател
При приложение на комуникационна връзка с оптични влакна на дълги разстояния, EDFA могат да се използват като бустерен усилвател на изхода на оптичния предавател, вграден оптичен усилвател заедно с оптичното влакно, както и предусилвател точно преди приемник, както е показано на фигурата по-горе.
Може да се отбележи, че вградените EDFA се поставят на разстояние 20–100 km в зависимост от загубата на влакна.Оптичният входен сигнал е с дължина на вълната 1,55 μm, докато помпените лазери работят с дължина на вълната 1,48 μm или 980 nm.Типичната дължина на влакното, легирано с ербий, е 10–50 m.
Механизъм на усилване в EDFA
Както беше посочено по-рано, механизмът на усилване в EDFA се основава на стимулирано излъчване, подобно на това в лазера.Високата енергия от сигнала на оптичната помпа (произведен от друг лазер) възбужда добавените ербиеви йони (Er3+) в силициево влакно в горно енергийно състояние.Входният оптичен информационен сигнал стимулира прехода на възбудените ербиеви йони към по-ниско енергийно състояние и води до излъчване на фотони със същата енергия, т.е. същата дължина на вълната като тази на входния оптичен сигнал.
Диаграма на енергийните нива: Свободните ербиеви йони показват дискретни нива на енергийната лента.Когато ербиевите йони се добавят към силициево влакно, всяко от техните енергийни нива се разделя на няколко тясно свързани нива, така че да образува енергийна лента.
1.4 Механизъм на амплификация в EDFA
За да се постигне инверсия на популацията, Er3+ йони се изпомпват на междинно ниво 2. При непряк метод (980-nm изпомпване), Er3+ йони се преместват непрекъснато от ниво 1 до ниво 3. Това е последвано от нерадиационен разпад до ниво 2, от където те падат до ниво 1, излъчвайки оптичните сигнали в желаната дължина на вълната от 1500–1600 nm.Това е известно като механизъм за усилване на 3 нива.
За повече продукти, легирани с ербий, моля, разгледайте нашия уебсайт.
https://www.erbiumtechnology.com/erbium-laser-glasseye-safe-laser-glass/
Електронна поща:devin@erbiumtechnology.com
WhatsApp: +86-18113047438
Факс: +86-2887897578
Добавяне: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Китай.
Време за актуализация: 05 юли 2022 г
