Pojačala vlakana dopiranih erbijem (EDFA)

Pojačala za vlakna dopirana erbijem (EDFA) koriste elemente retkih zemalja kao što je erbijum (Er3+) kao medijum za pojačavanje.Dopira se u jezgro vlakana tokom procesa proizvodnje.Sastoji se od kratkog komada vlakna (obično 10 m ili više) napravljenog od stakla u koji je dodana mala kontrolirana količina erbija kao dopant u obliku jona (Er3+).Dakle, silika vlakno djeluje kao medij domaćin.Dopanti (erbijum) a ne silika vlakna određuju radnu talasnu dužinu i širinu pojasa pojačanja.EDFA generalno rade u području talasne dužine od 1550 nm i mogu ponuditi kapacitete veće od 1 Tbps.Dakle, oni se široko koriste u WDM sistemima.

Princip stimulisane emisije je primenljiv za mehanizam pojačanja EDFA.Kada je dopant (jon erbija) u visokoenergetskom stanju, upadni foton ulaznog optičkog signala će ga stimulirati.On oslobađa dio svoje energije dopantu i vraća se u stanje niže energije („stimulirana emisija“) koje je stabilnije.Slika ispod prikazuje osnovnu strukturu EDFA.

1.1 Osnovna struktura EDFA

Laserska dioda pumpe normalno proizvodi optički signal talasne dužine (na 980 nm ili 1480 nm) velike snage (~ 10-200 mW).Ovaj signal je spojen sa ulaznim svjetlosnim signalom u erbijum dopiranom dijelu silicijumskog vlakna kroz WDM spojnicu.Joni erbija će apsorbirati ovu energiju signala pumpe i skočiti u svoje pobuđeno stanje.Deo izlaznog svetlosnog signala se prisluškuje i vraća nazad na ulaz lasera pumpe kroz optički filter i detektor.Ovo služi kao mehanizam kontrole snage povratne sprege kako bi EDFA postali samoregulirajući pojačivači.Kada se potroše svi metastabilni elektroni, ne dolazi do daljeg pojačanja.Stoga se sistem automatski stabilizira jer izlazna optička snaga EDFA ostaje gotovo konstantna bez obzira na fluktuaciju ulazne snage, ako ih ima.

1.2 Pojednostavljena funkcionalna šema EDFA

Gornja slika prikazuje pojednostavljenu funkcionalnu šemu EDFA u kojoj se signal pumpe iz lasera dodaje ulaznom optičkom signalu (na 1480 nm ili 980 nm) kroz WDM spojnicu.

Ovaj dijagram prikazuje vrlo osnovno EDF pojačalo.Talasna dužina signala pumpe (sa snagom pumpe od oko 50 mW) je 1480 nm ili 980 nm.Neki dio ovog signala pumpe se prenosi na ulazni optički signal stimuliranom emisijom unutar kratke dužine vlakna dopiranog erbijem.Ima tipično optičko pojačanje od oko 5-15 dB i manju od 10 dB šumu.Za rad od 1550 nm moguće je postići optičko pojačanje od 30–40 dB.

1.3 Praktična realizacija EDFA

Gornja slika prikazuje pojednostavljeni rad EDFA sa njegovom praktičnom strukturom kada se koristi u WDM aplikaciji.

Kao što je prikazano, uključuje sljedeće glavne dijelove:

• Izolator na ulazu.Ovo sprečava da se buka koju generiše EDFA širi prema kraju predajnika.

• WDM spojnica.On kombinuje optički ulazni signal male snage od 1550 nm sa optičkim signalom velike snage (iz izvora pumpe kao što je laser) na talasnoj dužini od 980 nm.

• Mali dio silicijumskog vlakna dopiranog erbijem.U stvari, ovo služi kao aktivni medij EDFA.

• Izolator na izlazu.Pomaže u sprečavanju bilo kakvog povratno reflektiranog optičkog signala da uđe u vlakna silicijevog dioksida dopiranog erbijem.

Konačni izlazni signal je pojačani signal optičkih podataka talasne dužine od 1550 nm sa preostalim signalom pumpe talasne dužine od 980 nm.

Vrste pojačivača vlakana dopiranih erbijem (EDFA)

Postoje dvije vrste struktura vlakana dopiranih erbijem (EDFAs):

• EDFA sa kopropagirajućom pumpom

• EDFA sa protupropagirajućom pumpom

Na slici ispod prikazane su pumpe protiv propagiranja i dvosmjerne pumpe koje se mogu koristiti u EDFA strukturama.

Različiti rasporedi pumpi

Kopropagirajuća pumpa EDFA ima nižu izlaznu optičku snagu uz nisku razinu šuma;dok protupropagirajuća pumpa EDFA pruža veću izlaznu optičku snagu, ali proizvodi i veći šum.U tipičnom komercijalnom EDFA, koristi se dvosmjerna pumpa sa istovremenim ko-propagirajućim i protu-propagirajućim pumpanjem što rezultira relativno ujednačenim optičkim pojačanjem.

Primjena EDFA kao pojačivača, in-line i predpojačala

U dugotrajnoj primjeni komunikacijske veze s optičkim vlaknima, EDFA se mogu koristiti kao pojačano pojačalo na izlazu optičkog predajnika, in-line optičko pojačalo zajedno s optičkim vlaknom, kao i predpojačalo neposredno prije prijemnik, kao što je prikazano na gornjoj slici.

Može se primijetiti da su linijski EDFA postavljeni na udaljenosti od 20-100 km, ovisno o gubitku vlakana.Optički ulazni signal je na talasnoj dužini od 1,55 μm, dok laseri pumpe rade na talasnoj dužini od 1,48 μm ili 980 nm.Tipična dužina vlakana dopiranog erbijem je 10-50 m.

Mehanizam pojačanja u EDFA

Kao što je ranije rečeno, mehanizam pojačanja u EDFA baziran je na stimuliranoj emisiji sličnoj onoj u laseru.Visoka energija signala optičke pumpe (proizveden od strane drugog lasera) pobuđuje dopantne ione erbija (Er3+) u vlaknu silicijevog dioksida u gornjem energetskom stanju.Ulazni optički signal stimuliše prelazak pobuđenih erbijevih jona u niže energetsko stanje i rezultira zračenjem fotona iste energije, odnosno iste talasne dužine kao i ulazni optički signal.

Dijagram nivoa energije: Slobodni ioni erbija pokazuju diskretne nivoe energetskog pojasa.Kada se joni erbija dopiraju u vlakno silicijevog dioksida, svaki njihov energetski nivo se dijeli na niz blisko povezanih nivoa kako bi se formirao energetski pojas.

1.4 Mehanizam pojačanja u EDFA

Da bi se postigla inverzija populacije, Er3+ joni se pumpaju na srednjem nivou 2. U indirektnoj metodi (980-nm pumpanje), Er3+ joni se kontinuirano pomeraju sa nivoa 1 na nivo 3. Prati ga neradijativni raspad na nivo 2, od gdje padaju na nivo 1, zračeći optičke signale u željenoj talasnoj dužini od 1500–1600 nm.Ovo je poznato kao mehanizam pojačanja na 3 nivoa.

Za više proizvoda dopiranih erbijem, pogledajte našu web stranicu.

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

E-mail:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Fax: +86-2887897578

Dodaj: br.23, cesta Chaoyang, ulica Xihe, okrug Longquanyi, Chengdu, 610107, Kina.