Prinzip an Uwendung vun engem EDFA-Erbium-dotierten Faserverstärker

Prinzip an Uwendung vunEDFA Erbium-dotierte Faserverstärker

Déi grondleeënd Struktur vunEDFAE mat Erbium dotierte Faserverstärker, deen haaptsächlech aus engem aktiven Medium (Dosende vu Meter laang dotierte Quarzfaser, Kärduerchmiesser 3-5 Mikrometer, Dotierungskonzentratioun (25-1000)x10-6), enger Pompelliichtquell (990 oder 1480nm LD), engem optesche Koppler an engem opteschen Isolator besteet. Signalliicht a Pompelliicht kënnen sech an der Erbiumfaser an déiselwecht Richtung (Co-Pumping), an entgéintgesate Richtung (ëmgedréint Pompelen) oder an zwou Richtungen (bidirektional Pompelen) ausbreeden. Wann d'Signalliicht an d'Pompelliicht gläichzäiteg an d'Erbiumfaser injizéiert ginn, gëtt den Erbium-Ion ënner der Aktioun vum Pompelliicht op en héijen Energieniveau (Dräi-Niveau-System) ugereegt a séier op e metastabilt Niveau zerfällt. Wann en ënner der Aktioun vum afalenden Signalliicht an de Grondzoustand zréckkënnt, gëtt de Photon, deen dem Signalliicht entsprécht, ausgestraalt, sou datt de Signal verstäerkt gëtt. Säi verstäerkt spontan Emissiounsspektrum (ASE) huet eng grouss Bandbreet (bis zu 20-40 nm) an huet zwou Spëtzten, déi respektiv 1530 nm an 1550 nm entspriechen.

Déi Haaptvirdeeler vunEDFA-Verstärkersinn héije Verstärkung, grouss Bandbreet, héich Ausgangsleistung, héich Pompeleffizienz, niddrege Insertion-Verloscht an Onsensibilitéit fir Polarisatiounszoustänn.

De Funktionsprinzip vun engem Erbium-dotierten Faserverstärker

Den Erbium-dotierten FaserverstärkerEDFA Opteschen Verstärker） besteet haaptsächlech aus enger Erbium-dotierter Faser (ongeféier 10-30 m Längt) an enger Pompelliichtquell. De Funktionsprinzip ass, datt déi Erbium-dotiert Faser ënner der Aktioun vun der gepompelter Liichtquell stimuléiert Stralung generéiert (Wellenlängt 980 nm oder 1480 nm), an dat ausgestraalt Liicht ännert sech mat der Ännerung vum Input-Liichtsignal, wat gläichwäerteg mat der Verstäerkung vum Input-Liichtsignal ass. D'Resultater weisen, datt de Gewënn vun engem Erbium-dotierte Faserverstärker normalerweis 15-40 db ass, an d'Relaisdistanz kann ëm méi wéi 100 km erhéicht ginn. Dofir kënnen d'Leit sech net anescht froen: Firwat sinn d'Wëssenschaftler drop komm, dotiert Erbium an engem Faserverstärker ze benotzen, fir d'Intensitéit vun de Liichtwellen ze erhéijen? Mir wëssen, datt Erbium e seltent Äerdelement ass, a selten Äerdelementer hunn hir speziell strukturell Charakteristiken. D'Dotierung vu seltenen Äerdelementer an opteschen Apparater gëtt zënter laanger Zäit benotzt, fir d'Leeschtung vun opteschen Apparater ze verbesseren, dofir ass dat keen Zoufall. Ausserdeem, firwat gëtt d'Wellenlängt vun der Pompelliichtquell op 980nm oder 1480nm gewielt? Tatsächlech kann d'Wellenlängt vun der Pompelliichtquell 520nm, 650nm, 980nm an 1480nm sinn, awer d'Praxis huet bewisen, datt d'Wellenlängt vun der 1480nm Pompelliichtquell-Laserleistung am héchsten ass, gefollegt vun der Wellelängt vun der 980nm Pompelliichtquell.

Physikalesch Struktur

Grondstruktur vun engem erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA Opteschen Verstärker). Um Input- an Output-Enn gëtt et en Isolator, den Zweck ass et, den optesche Signal an eng Richtung ze iwwerdroen. Den Pompel-Exciter huet eng Wellelängt vun 980 nm oder 1480 nm a gëtt benotzt fir Energie ze liwweren. D'Funktioun vum Koppler ass et, den Input-opteschen Signal an d'Pompelliicht an d'erbium-dotierte Faser ze koppelen an d'Energie vum Pompelliicht duerch d'Aktioun vun der erbium-dotierter Faser op den Input-opteschen Signal ze transferéieren, fir d'Energieverstärkung vum Input-opteschen Signal ze realiséieren. Fir eng méi héich Ausgangsleistung an e méi niddrege Rauschindex ze kréien, benotzt den erbium-dotierte Faserverstärker, deen an der Praxis benotzt gëtt, d'Struktur vun zwou oder méi Pompelquellen mat Isolatoren an der Mëtt fir sech géigesäiteg ze isoléieren. Fir eng méi breet a flaach Verstärkungskurve ze kréien, gëtt e Verstärkungsofflaachungsfilter bäigefüügt.

Den EDFA besteet aus fënnef Haaptdeeler: Erbium-dotierte Faser (EDF), optesche Koppler (WDM), opteschen Isolator (ISO), optesche Filter a Pompelversuergung. Dacks benotzt Pompelquellen sinn 980nm an 1480nm, an dës zwou Pompelquellen hunn eng méi héich Pompeleffizienz a gi méi dacks benotzt. De Rauschkoeffizient vun der 980nm Pompel-Liichtquell ass méi niddreg; d'1480nm Pompel-Liichtquell huet eng méi héich Pompeleffizienz a kann eng méi grouss Ausgangsleistung erreechen (ongeféier 3dB méi héich wéi d'980nm Pompel-Liichtquell).

Virdeel

1. D'Betribswellelängt entsprécht dem minimale Dämpfungsfenster vun der Single-Modus-Faser.

2. Héich Koppleeffizienz. Well et e Glasfaserverstärker ass, ass en einfach mat der Transmissiounsfaser ze koppelen.

3. Héich Energiekonversiounseffizienz. De Kär vun der EDF ass méi kleng wéi dee vun der Transmissiounsfaser, an d'Signalliicht an d'Pompelliicht ginn gläichzäiteg an der EDF iwwerdroen, sou datt d'optesch Kapazitéit ganz konzentréiert ass. Dëst mécht d'Interaktioun tëscht dem Liicht an dem Verstärkungsmedium Er-Ion ganz voll, zesumme mat der entspriechender Längt vun der erbium-dotierter Faser, sou datt d'Konversiounseffizienz vun der Liichtenergie héich ass.

4. Héije Gewënn, nidderegen Rauschindex, grouss Ausgangsleistung, nidderegen Iwwersprang tëscht de Kanäl.

5. Stabil Verstärkungseigenschaften: EDFA ass net empfindlech op Temperatur, an de Verstärkungsgrad huet wéineg Korrelatioun mat der Polariséierung.

6. D'Verstärkungsfunktioun ass onofhängeg vun der Systembitrate an dem Datenformat.

Mangel

1. Netlinearen Effekt: EDFA verstärkt d'optesch Leeschtung andeems se d'optesch Leeschtung, déi an d'Faser injizéiert gëtt, erhéicht, awer wat méi grouss, wat besser. Wann d'optesch Leeschtung bis zu engem gewësse Grad erhéicht gëtt, gëtt den netlinearen Effekt vun der optescher Faser produzéiert. Dofir sollt bei der Benotzung vun optesche Faserverstärker op de Wäert vun der Kontroll vun der agefouerter optescher Faserleistung am Eenzelkanal opgepasst ginn.

2. De Wellelängteberäich vum Verstärkungsmëttel ass fixéiert: de Wellelängteberäich vum C-Band EDFA ass 1530 nm ~ 1561 nm; de Wellelängteberäich vum L-Band EDFA ass 1565 nm ~ 1625 nm.

3. Ongläichméisseg Verstärkungsbandbreet: D'Verstärkungsbandbreet vun engem EDFA-Erbium-dotierte Faserverstärker ass ganz breet, awer de Verstärkungsspektrum vum EDF selwer ass net flaach. E Verstärkungsofflaachungsfilter muss agesat ginn, fir de Verstärkungsgrad am WDM-System ofzeflaachen.

4. Problem mat Liichtstouss: Wann de Liichtwee normal ass, ginn d'Erbiumionen, déi vum Pompelliicht ugereegt ginn, vum Signalliicht ewechgedroen, wouduerch d'Verstäerkung vum Signalliicht ofgeschloss ass. Wann d'Inputliicht ofgeschnidden ass, well d'metastabill Erbiumionen sech weider sammelen, spréngt d'Energie, soubal den Signalliichtinput erëm hiergestallt ass, wat zu engem Liichtstouss féiert.

5. D'Léisung fir de Spannungsschwankung ass d'automatesch optesch Leeschtungsreduktioun (APR) oder den automateschen opteschen Ausschaltfunktioun (APSD) an EDFA ze realiséieren, dat heescht, EDFA reduzéiert automatesch d'Leeschtung oder schalt d'Stroum automatesch aus, wann et kee Liichtinput gëtt, wouduerch d'Optriede vum Spannungsschwankungsphänomen ënnerdréckt gëtt.

Applikatiounsmodus

1. De Boosterverstärker gëtt benotzt fir d'Leeschtung vu Signaler mat verschiddene Wellelängten no der Boosterwelle ze erhéijen an se dann ze iwwerdroen. Well d'Signalleeschtung no der Boosterwelle generell grouss ass, sinn den Rauschindex an de Gewënn vun engem Leeschtungsverstärker net ganz héich. Huet eng relativ grouss Ausgangsleeschtung.

2. E Linnenverstärker, nom Leeschtungsverstärker, gëtt benotzt fir periodesch de Verloscht vun der Linneniwwerdroung ze kompenséieren, wouduerch normalerweis e relativ klenge Rauschindex an eng grouss optesch Ausgangsleistung erfuerderlech sinn.

3. Virverstärker: Virum Splitter an nom Linnverstärker gëtt en benotzt fir d'Signal ze verstärken an d'Sensibilitéit vum Empfänger ze verbesseren (wann den optesche Signal-Rausch-Verhältnis (OSNR) d'Ufuerderunge erfëllt, kann déi méi grouss Inputleistung de Rausch vum Empfänger selwer ënnerdrécken an d'Empfangssensitivitéit verbesseren), an de Rauschindex ass ganz kleng. Et gëtt keng grouss Ufuerderung un d'Ausgangsleistung.