Валаконныя ўзмацняльнікі, легаваныя эрбіем (EDFA)

Валаконныя ўзмацняльнікі з легіраваным эрбіем (EDFA) у якасці асяроддзя ўзмацнення выкарыстоўваюць рэдказямельныя элементы, такія як эрбій (Er3+).Ён дадаецца ў стрыжань валакна ў працэсе вытворчасці.Ён складаецца з кароткага кавалка валакна (звычайна даўжынёй 10 м або каля таго), вырабленага са шкла, у які ў выглядзе дабаўкі дадаецца невялікая кантраляваная колькасць эрбію ў выглядзе іёна (Er3+).Такім чынам, кремнеземное валакно дзейнічае як асяроддзе гаспадара.Працоўную даўжыню хвалі і паласу ўзмацнення вызначаюць легіруючыя дабаўкі (эрбій), а не кремнеземное валакно.EDFA звычайна працуюць у дыяпазоне даўжынь хваль 1550 нм і могуць прапанаваць магутнасць, якая перавышае 1 Тбіт/с.Такім чынам, яны шырока выкарыстоўваюцца ў сістэмах WDM.

Для механізму ўзмацнення EDFA дастасавальны прынцып вымушанага выпраменьвання.Калі допант (іён эрбія) знаходзіцца ў стане высокай энергіі, падаючы фатон уваходнага аптычнага сігналу будзе стымуляваць яго.Ён аддае частку сваёй энергіі легіруючай дабаўцы і вяртаецца ў стан з меншай энергіяй («стымуляванае выпраменьванне»), які з'яўляецца больш стабільным.На малюнку ніжэй паказана базавая структура EDFA.

1.1 Базавая структура EDFA

Лазерны дыёд накачкі звычайна стварае аптычны сігнал з даўжынёй хвалі (980 нм або 1480 нм) пры высокай магутнасці (~ 10–200 мВт).Гэты сігнал спалучаецца са светлавым уваходным сігналам у легіраванай эрбіем частцы кремнеземного валакна праз развязку WDM.Іёны эрбія паглынуць энергію сігналу накачкі і перайдуць у стан узбуджэння.Частка выхаднога светлавога сігналу адбіраецца і падаецца назад на ўваход лазера накачкі праз аптычны фільтр і дэтэктар.Гэта служыць механізмам кіравання магутнасцю зваротнай сувязі, каб зрабіць EDFA самарэгулявальнымі ўзмацняльнікамі.Калі ўсе метастабільныя электроны спажываюцца, далейшае ўзмацненне не адбываецца.Такім чынам, сістэма стабілізуецца аўтаматычна, паколькі выхадная аптычная магутнасць EDFA застаецца практычна пастаяннай незалежна ад ваганняў уваходнай магутнасці, калі такія маюцца.

1.2 Спрошчаная функцыянальная схема EDFA

На малюнку вышэй паказана спрошчаная функцыянальная схема EDFA, у якой сігнал накачкі ад лазера дадаецца да ўваходнага аптычнага сігналу (пры 1480 нм або 980 нм) праз развязку WDM.

На гэтай схеме паказаны вельмі просты ўзмацняльнік EDF.Даўжыня хвалі сігналу накачкі (пры магутнасці накачкі каля 50 мВт) складае 1480 нм або 980 нм.Некаторая частка гэтага сігналу накачкі перадаецца ва ўваходны аптычны сігнал стымуляваным выпраменьваннем на кароткім адрэзку валакна, легаванага эрбіем.Ён мае тыповае аптычнае ўзмацненне каля 5–15 дБ і каэфіцыент шуму менш за 10 дБ.Для працы 1550 нм можна атрымаць аптычны ўзмацненне 30–40 дБ.

1.3 Практычная рэалізацыя EDFA

На малюнку вышэй паказана спрошчаная праца EDFA з яго практычнай структурай пры выкарыстанні ў дадатку WDM.

Як паказана, ён уключае наступныя асноўныя часткі:

• Ізалятар на ўваходзе.Гэта прадухіляе распаўсюджванне шуму, які ствараецца EDFA, да канца перадатчыка.

• Злучальнік WDM.Ён спалучае маламагутны аптычны ўваходны сігнал даных з даўжынёй хвалі 1550 нм і аптычны сігнал накачкі высокай магутнасці (ад крыніцы накачкі, напрыклад лазера) на даўжыні хвалі 980 нм.

• Невялікі ўчастак крэмневага валакна, легаванага эрбіем.Фактычна, гэта служыць актыўным асяроддзем EDFA.

• Ізалятар на выхадзе.Гэта дапамагае прадухіліць трапленне зваротна адлюстраванага аптычнага сігналу ў крэмніевае валакно, легаванае эрбіем.

Канчатковы выхадны сігнал - гэта ўзмоцнены аптычны сігнал дадзеных з даўжынёй хвалі 1550 нм з рэшткавым сігналам накачкі даўжыні хвалі 980 нм.

Тыпы валаконных узмацняльнікаў, легаваных эрбіем (EDFA)

Існуе два тыпы канструкцый валаконных узмацняльнікаў з легіраваным эрбіем (EDFA):

• EDFA з помпай сумеснага распаўсюджвання

• EDFA з помпай сустрэчнага распаўсюджвання

На малюнку ніжэй паказаны помпы сустрэчнага распаўсюджвання і двухнакіраваныя помпы, якія можна выкарыстоўваць у структурах EDFA.

Рознае размяшчэнне помпаў

Помпа сумеснага распаўсюджвання EDFA мае меншую выхадную аптычную магутнасць з нізкім узроўнем шуму;у той час як помпа EDFA са сустрэчным распаўсюджваннем забяспечвае больш высокую выходную аптычную магутнасць, але таксама стварае большы шум.У тыповым камерцыйным EDFA выкарыстоўваецца двухнакіраваная помпа з адначасовым сумесным і сустрэчным распаўсюджваннем, што прыводзіць да адносна раўнамернага аптычнага ўзмацнення.

Прымяненне EDFA ў якасці ўзмацняльніка, убудаванага і папярэдняга ўзмацняльніка

У далёкім прымяненні валаконна-аптычнай лініі сувязі EDFA могуць быць выкарыстаны як дадатковы ўзмацняльнік на выхадзе аптычнага перадатчыка, убудаваны аптычны ўзмацняльнік разам з аптычным валакном, а таксама ў якасці папярэдняга ўзмацняльніка непасрэдна перад прыёмнік, як паказана на малюнку вышэй.

Можна адзначыць, што ўбудаваныя EDFA размяшчаюцца на адлегласці 20–100 км адзін ад аднаго ў залежнасці ад страты валакна.Аптычны ўваходны сігнал мае даўжыню хвалі 1,55 мкм, у той час як лазеры накачкі працуюць на даўжыні хвалі 1,48 мкм або 980 нм.Звычайная даўжыня валакна, легаванага эрбіем, складае 10–50 м.

Механізм ампліфікацыі ў EDFA

Як гаварылася раней, механізм узмацнення ў EDFA заснаваны на стымуляваным выпраменьванні, падобным да лазера.Высокая энергія ад аптычнага сігналу накачкі (вырабленага іншым лазерам) узбуджае легіруючыя іёны эрбію (Er3+) у кремнеземном валакне ў верхнім стане энергіі.Уваходны аптычны сігнал даных стымулюе пераход узбуджаных іёнаў эрбія ў больш нізкі энергетычны стан і прыводзіць да выпраменьвання фатонаў з той жа энергіяй, г.зн. той жа даўжынёй хвалі, што і ўваходны аптычны сігнал.

Дыяграма энергетычных узроўняў: Свабодныя іёны эрбію дэманструюць дыскрэтныя ўзроўні энергетычнай зоны.Калі іёны эрбію легіруюць у кремнеземное валакно, кожны з іх энергетычных узроўняў распадаецца на шэраг цесна звязаных узроўняў, утвараючы энергетычную зону.

1.4 Механізм ампліфікацыі ў EDFA

Для дасягнення інверсіі заселенасці іёны Er3+ напампоўваюцца на прамежкавым узроўні 2. Пры ўскосным метадзе (980-нм накачка) іёны Er3+ бесперапынна перамяшчаюцца з узроўню 1 на ўзровень 3. За гэтым ідзе нерадыяцыйны распад да ўзроўню 2, ад дзе яны апускаюцца да ўзроўню 1, выпраменьваючы аптычныя сігналы ў патрэбнай даўжыні хвалі 1500–1600 нм.Гэта вядома як 3-узроўневы механізм узмацнення.

Каб даведацца больш пра прадукты, легаваныя эрбіем, зазірніце на наш вэб-сайт.

https://www.erbiumtechnology.com/erbium-laser-glasseye-safe-laser-glass/

электронная пошта:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Факс: +86-2887897578

Дадаць: No.23, Chaoyang Road, Xihe Street, Longquanyi distrcit, Чэнду, 610107, Кітай.