Кәсіби білім

Эрбий қоспасы бар талшық күшейткіші (EDFA)

2021-03-19
Негізгі жұмыс принципі:
Theэрбий қоспасы бар талшық күшейткіші (EDFA)энергия конверсиясына жету үшін гелий иондарын қолданатын орта. Энергияны күшейту терезесінің жұмыс жасайтын толқын ұзындығы 1 550 нм және ені 50-ге тең, бұл талшықтың аз шығындалатын терезесіне сәйкес келеді. Энергияны айдау терезесі 980 нм және 1 480 нм құрайды. Әдетте, эрбий қоспасы бар ион талшығы EDFA күшейту өзегі, яғни белсенді орта ретінде дайындалады. Күшейту жүйесі дегеніміз - үш деңгейлі лазерлік жүйе, 980 нм инъекцияланған жарық энергиясы гелий иондары арқылы жоғары энергетикалық деңгейге 4 »жұтылады, ал лазердің 4н ауысу деңгейі релаксация тербелісімен ауысады. энергия деңгейінің ұзақ өмірі, жинақтаудың көп мөлшері Белсенді бөлшектер, олар көп мөлшерде энергияны сақтайды, содан кейін сигналды жарықпен бірге қоздырылған сәулеленуді өткізеді, бірдей жиілікте және бірдей фазада көбейтілген сигнал алады және Күшейту процесінде индукцияланған шу - бұл стихиялық сәулелену (күшейтілген спонтанды эмиссия (ASE), бұл сорғының толқын ұзындығымен байланысты. Жалпы алғанда 980 нм лазерлік сорғы тиімділігі төмен, ал шуы аз 1 480 нм лазер жоғары тиімділікке ие және шулы болса, жобалау процесінде талшыққа дейінгі жалпы күшейткіш EDFA 980 нм сорғыны қолданады; беріліс ұшындағы Booster EDFA күшейткіші гибридті сорғы әдісін қолданады 980 нм және 1 480 нм және оптикалық теңестіру сүзгілеріне арналған DWDM талаптарына сәйкес арнайы жасалған орта. Диафрагма жазық сүзгісі.
Thebasic structure of an erbium doped fiber amplifier (FDFA):
Әдеттегі EDFA құрамында эрбиум қоспасы бар талшық, сорғы көзі, толқын ұзындығын бөлу мультиплексоры, оптикалық изолятор және оптикалық сүзгі бар. Эрбий қоспасы бар талшық күшейтуді қамтамасыз етеді, сорғы көзі жеткілікті сорғы қуатын береді, ал толқын ұзындығын бөлу мультиплексоры сигнал жарығы мен сорғы жарығын эрбиум қоспасы бар талшыққа біріктіреді. Оптикалық изолятор жарықтың шағылысуы оптикалық тербелістердің пайда болуын болдырмау үшін жарықтың бір бағытта берілуін қамтамасыз етеді және кері байланыс сәулесі сигнал лазерінің жұмыс күйін бұзады. Оптикалық сүзгінің рөлі - оптикалық күшейткіштегі ASE шуды сүзу және EDFA сигнал-шу қатынасын жақсарту. Әдетте EDFA-да үш сорғы бар: бір бағыттағы сорғы, кері сорғы және екі жақты сорғы. EDFA күшейтуінің тұрақты болуын қамтамасыз ету үшін (яғни, алдын ала күшейткіштің және сызықтық күшейткіштің) немесе шығыс қуаттың тұрақты болуын қамтамасыз ету үшін (яғни, беруші ұшындағы қанықтырғыш күшейткіш) жобалау қажет. EDFA кіріс және шығыс қуатын, сондай-ақ сорғы көзін бақылауға арналған қосалқы схема. Жұмыс жағдайы бақыланады және бақыланады. Мониторинг нәтижелері бойынша сорғы жарық көзінің жұмыс параметрлері EDFA оңтайлы күйде жұмыс жасау үшін тиісті түрде реттелген. Сонымен қатар, қосалқы тізбек бөліміне температураны автоматты басқару және қуатты автоматты басқару сияқты қорғаныс функцияларына арналған тізбектер кіреді.
Ербиум қоспасы бар талшықты күшейткіштің негізгі өнімділігі (EDFA):
Thebasic performance of EDFA is reflected in gain, output power and noise, as well as bandwidth and equalization.
1. Күшейту сипаттамалары күшейту сипаттамалары оптикалық күшейткіштің шығу қуатының кіріс қуатына қатынасының күшейту мүмкіндігін білдіреді. Бұл әртүрлі факторларға байланысты, әдетте дБ-да көрінеді, ал көбінесе күшейту коэффициенті 15-тен 40 дБ-ға дейін болады. Жалпы алғанда, күшейту сорғының қуатына, сондай-ақ эрбиум қоспасы бар талшықтың ұзындығына тікелей байланысты. Ең жақсы құнды эксперимент арқылы табуға болады.
2. Шығу қуатының сипаттамалары Сызықтық оптикалық күшейткіш үшін оптикалық сигналды күшейтуге және кіріс оптикалық қуатына қарамастан бірдей күшейтуге болады. Бұл жағдайды қамтамасыз ету үшін, әдетте, кішкене оптикалық сигнал енгізілген кезде ғана, лазерге енгізілген сорғы қуатының энергия деңгейіндегі бөлшектер санын азайту үшін жеткілікті күшейту арқылы күшейтілген оптикалық сигналдың шығысы жеткіліксіз болады. Алайда, кіріс оптикалық қуаты жеткілікті үлкен болған кезде, енгізілген қуат күшейгеннен кейін шығыс қуатын өтеуге жеткіліксіз болады, сондықтан инверттелген бөлшектер саны қаныққан және азаяды, демек, шығыс оптикалық қуаты азаяды, бұл азаюға әсер етеді күшейту коэффициенті, яғни күшейту қанықтылығы. , осылайша күшейту сызықтық емес күшейту қанығу аймағына енеді. EDFA-ның максималды шығыс қуаты әдетте 3 дБ қаныққан шығыс қуаты ретінде көрсетіледі, ол EDFA-ның максималды қуат шығару мүмкіндігін көрсететін қанықтылық күшейткіші 3 дБ-ға төмендеген кезде шығыс қуатына сәйкес келеді. EDFA-ның қанықтылық шығу сипаттамалары сорғының қуатына, ербиум қоспасы бар талшықтың ұзындығына және құрылымына байланысты. Сорғының оптикалық қуаты неғұрлым көп болса, 3 дБ қаныққан шығу қуаты соғұрлым көп болады; эрбиум қоспасы бар талшықтың ұзындығы неғұрлым көп болса, соғұрлым 3 дБ қаныққан шығу қуаты артады.
3. Шу сипаттамалары Күшейту процесінде EDFA енгізген оптикалық шу негізінен эрбий-легирленген талшықтағы спонтанды сәулеленетін оптикалық қуат болып табылады, содан кейін күшейтілген спонтанды эмиссия болып табылатын эрбий-легирленген талшықтың белсенді аймағымен күшейтіледі. оптикалық шу. . Шудың негізгі төрт көзі бар: сигналдық жарықтың ату шуы, АСЕ-нің күшейтілген стихиялық сәулеленуінің шуы, ақ жарық шығаратын АСЕ спектрі мен сигналдық жарық арасындағы соққы және АСЕ-нің өздігінен шығатын спектрі арасындағы шу. . Олардың арасында соңғы екеуі үлкен әсер етеді және өздігінен шығарылатын ASE спектрі мен сигналдық жарық арасындағы соққы шу EDFA өнімділігін анықтайтын негізгі фактор болып табылады. EDFA-ның шу сипаттамасын NF шу санымен көрсетуге болады, бұл EDB-нің кіріс сигналының шу сигналына қатынасы болып табылады, бұл дБ-мен көрсетілген. Бұл фазалық берілістің спонтанды спектрлік тығыздығымен және күшейткіш күшейтуімен тығыз байланысты және кіріс сигналының қуатымен, сорғының қуатымен және айдау режимімен байланысты. Кішкентай оптикалық сигналдың кірісі кезінде оптикалық күшейткіштің NF шу фигурасы кіріс сигналының қуаты артқан сайын стимуляцияланған сәулеленуді жоғарылатады, және өздігінен пайда болатын сәулеленудің арақатынасы әлсірейді, осылайша шудың фигурасы NF азаяды. Үлкен оптикалық сигналдың кірісі кезінде оптикалық күшейткіштің шу фигурасы кіріс сигналы күшейген сайын азаяды, ал спонтанды сәулеленудің оптикалық қуаты артады, сол себепті шудың фигурасы өседі. Сорғының қуаты артқан сайын шу көрсеткіші төмендейді. EDFA-ның шу қуаттылығы екі бөліктен тұрады, біреуі - әрбір кішкентай ұзындықтағы талшықтан пайда болатын ақ сәуле, және оның көп бөлігі талшықтың өздігінен пайда болатын радиациясын талшықтың алдыңғы бөлігіне күшейту болып табылады. күшейтілген стихиялық эмиссия болып табылады. Сорғының қуаты неғұрлым көп болса, бұрынғы бөліктің үлесі соғұрлым аз болады, өйткені шығыс шуының қуаты сорғы қуаттылығының жоғарылауымен жоғарылағанымен, сигнал да күшейеді, сондықтан әр талшықтың өздігінен пайда болатын сәулелену үлесі жоғары болады. Шағын, сондықтан сигнал мен шудың жалпы коэффициенті жақсарады, яғни NF шу көрсеткіші төмендетіледі.