Erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA)

Põhiline tööpõhimõte:
Theerbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA)on keskkond, mis kasutab energia muundamiseks heeliumiioone. Energiavõimendusakna töölainepikkuse aken on 1 550 nm ja laius 50 am, mis on kooskõlas kiu väikese kaoga aknaga. Energia sissepritse aken on 980 nm ja 1 480 nm. Üldiselt valmistatakse erbiumiga legeeritud ioonkiud EDFA võimendussüdamikuna, st aktiivse keskkonnana. Võimendussüsteem on laseri kolmetasandiline süsteem, heeliumioonid neelavad heeliumioonide poolt sissepritsetud valguse energia kõrge energiatasemeni 4" ning laseri üleminekutase 4n viiakse üle relaksatsioonivõnkumise toimel. energiataseme pikk eluiga, suur kogunemine Aktiveeritud osakesed, mis reserveerivad suurel hulgal energiat ja lasevad seejärel signaalvalgusega läbi stimuleeritud kiirguse, saavad sama sagedusega ja sama faasiga korrutatud signaali ning tagastavad osakesed põhiolekusse.Võimendusprotsessis indutseeritud müra on spontaanne kiirgus ( Amplified Spontaneous Emission (ASE), mis on seotud pumba lainepikkusega. Üldiselt on 980 nm laserpump madala efektiivsusega ja madala müratasemega , samas kui 1 480 nm laser on väga tõhus ja mürarikas. Disainiprotsessis kasutab üldine fiiber-eelvõimendi EDFA 980 nm pumpamist; saateotsas olev võimendi Booster EDFA kasutab hübriidpumpamismeetodit 980 nm ja 1 480 nm ning spetsiaalselt kavandatud kandjad vastavalt DWDM-i nõuetele optiliste võrdsustusfiltrite jaoks. Diafragma lamefilter.
Erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (FDFA) põhistruktuur:
Tüüpiline EDFA koosneb erbiumiga legeeritud kiust, pumbaallikast, lainepikkusjaotusega multiplekserist, optilisest isolaatorist ja optilisest filtrist. Erbiumiga legeeritud kiud tagab võimenduse, pumba allikas tagab piisava pumba võimsuse ning lainepikkusjaotusega multiplekser ühendab signaaltule ja pumba valguse erbiumiga legeeritud kiuks. Optiline isolaator tagab valguse ühesuunalise ülekande, et vältida Valguse peegelduste tekkimist optiliste võnkumiste ja tagasisidevalguse tekitamisel häireid signaallaseri tööseisundis. Optilise filtri ülesanne on filtreerida välja ASE-müra optilises võimendis ja parandada EDFA signaali-müra suhet. Tavaliselt on EDFA-l kolm pumbatüüpi: kaassuunaline pump, tagurpidi pump ja kahesuunaline pump. Tagamaks, et EDFA võimendus on konstantne (st eelvõimendi ja liini lineaarvõimendi) või konstantne väljundvõimsus (st küllastusvõimsuse võimendi saateotsas), on vaja kavandada abiahel EDFA sisend- ja väljundvõimsuse ning pumpamisallika jälgimiseks. Tööseisundit jälgitakse ja kontrollitakse. Vastavalt seiretulemustele on pumba valgusallika tööparameetrid vastavalt reguleeritud, et EDFA töötaks optimaalses olekus. Lisaks sisaldab abiskeemi sektsioon ka ahelaid kaitsefunktsioonide jaoks, nagu automaatne temperatuuri reguleerimine ja automaatne võimsuse reguleerimine.
Erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA) põhijõudlus:
EDFA põhijõudlus kajastub võimenduses, väljundvõimsuses ja müras, samuti ribalaiuses ja võrdsustuses.
1. Võimenduse karakteristikud Võimenduse karakteristikud näitavad optilise võimendi väljundvõimsuse ja sisendvõimsuse suhte võimendusvõimet. See on seotud erinevate teguritega, mida üldiselt väljendatakse dB-des, ja tavaliselt kasutatav võimendustegur on 15–40 dB. Üldiselt on võimendus otseselt seotud pumba võimsusega ja ka erbiumiga legeeritud kiu pikkusega. Parima väärtuse saab leida katsega.
2. Väljundvõimsuse karakteristikud Ideaalse lineaarse optilise võimendi jaoks saab optilist signaali võimendada ja väljastada sama võimendusega, sõltumata sisend-optilisest võimsusest. Selle tingimuse tagamiseks on üldjuhul ainult väikese optilise signaali sisendil piisava võimendusega võimendatud optilise signaali väljund ebapiisav, et vähendada laserisse sisestatud pumba võimsuse energiataseme osakeste arvu. Kui aga sisend optiline võimsus on piisavalt suur, ei ole sisestatud võimsus piisav, et kompenseerida väljundvõimsust pärast võimendamist, nii et ümberpööratud osakeste arv on küllastunud ja vähenenud ning seega väheneb optiline väljundvõimsus, mis mõjutab vähenemist. võimendustegurist, st võimenduse küllastumisest. , nii et võimendus siseneb mittelineaarse võimenduse küllastuspiirkonda. EDFA maksimaalset väljundvõimsust väljendatakse tavaliselt 3 dB küllastunud väljundvõimsusena, mis vastab väljundvõimsusele, kui küllastusvõimendus langeb 3 dB võrra, peegeldades EDFA maksimaalset väljundvõimsust. EDFA küllastusväljundi omadused on seotud pumba võimsuse, erbiumiga legeeritud kiu pikkuse ja struktuuriga. Mida suurem on pumba optiline võimsus, seda suurem on 3 dB küllastunud väljundvõimsus; mida pikem on erbiumiga legeeritud kiu pikkus, seda suurem on 3 dB küllastunud väljundvõimsus.
3. Mürakarakteristikud EDFA poolt võimendusprotsessi käigus tekitatud optiline müra on peamiselt spontaanne kiiratud optiline võimsus aktiveeritud erbiumiga legeeritud kius, mida seejärel võimendab erbiumiga legeeritud kiu aktiivne piirkond, mis on võimendatud spontaanne emissioon. optiline müra. . Müra on neli peamist allikat: signaalvalguse löögimüra, võimendatud spontaanse emissiooni ASE müra, valge valguse kiirguse ASE spektri ja signaalvalguse vaheline löökmüra ning spontaanse kiirguse ASE spektrite vaheline löökmüra. . Neist kahel viimasel on suurim mõju ning spontaanse emissiooni ASE spektri ja signaalvalguse vaheline löögimüra on peamine tegur, mis määrab EDFA jõudluse. EDFA mürakarakteristikut saab väljendada müraarvuga NF, mis on EDFA sisendsignaali ja müra suhte suhe väljundsignaali ja müra suhtega, väljendatuna dB-des. See on tihedalt seotud faasiülekande spontaanse emissiooni spektraaltiheduse ja võimendi võimendusega ning sisendsignaali võimsuse, pumba võimsuse ja pumpamisrežiimiga. Väikese optilise signaali sisendis suurendab optilise võimendi müra NF sisendsignaali võimsuse suurenedes stimuleeritud kiirgust ja spontaanse kiirguse suhe nõrgeneb, vähendades seeläbi müra NF. Suure optilise signaali sisendil optilise võimendi müratase NF väheneb sisendsignaali võimsuse suurenedes ja spontaanse kiirguse optiline võimsus suureneb, nii et müratase NF suureneb. Pumba võimsuse kasvades müratase väheneb. EDFA müravõimsus koosneb kahest osast, millest üks on iga väikese pikkusega kiu tekitatav valget kiirgav kiirgus ja suurem osa sellest on kiu tekitatud spontaanse kiirguse võimendus kiu esiosale, on võimendatud spontaanne emissioon. Mida suurem on pumba võimsus, seda väiksem on endise osa osakaal, sest kuigi väljundmüra võimsus suureneb pumba võimsuse kasvades, tõuseb ka signaal, seega on iga kiu poolt tekitatava spontaanse kiirguse osakaal suurem. Väike, seega paraneb üldine signaali-müra suhe, see tähendab, et müratase NF väheneb.