Põhimõte ja rakendamineEDFA erbiumiga legeeritud kiudvõimendi
PõhistruktuurEDFAErbiumiga legeeritud kiudvõimendi, mis koosneb peamiselt aktiivsest keskkonnast (kümneid meetreid pikk legeeritud kvartskiud, südamiku läbimõõt 3-5 mikronit, legeerimiskontsentratsioon (25-1000)x10-6), pumpvalgusallikast (990 või 1480 nm LD), optilisest sidestajast ja optilisest isolaatorist. Signaalvalgus ja pumpvalgus võivad erbiumikius levida samas suunas (kaaspumpamine), vastassuunas (vastupidine pumpamine) või mõlemas suunas (kahesuunaline pumpamine). Kui signaalvalgus ja pumbavalgus süstitakse erbiumikiusse samaaegselt, ergastub erbiumioon pumbavalguse toimel kõrge energiatasemeni (kolmetasemeline süsteem) ja laguneb peagi metastabiilsele tasemele. Kui see langeva signaalvalguse toimel naaseb põhiolekusse, kiirgatakse signaalvalgusele vastav footon, mille tulemusel signaal võimendub. Selle võimendatud spontaanse emissiooni (ASE) spektril on suur ribalaius (kuni 20–40 nm) ja kaks piiki, mis vastavad vastavalt 1530 nm ja 1550 nm lainepikkustele.
Peamised eelisedEDFA võimendion suur võimendus, suur ribalaius, suur väljundvõimsus, kõrge pumpamise efektiivsus, väike sisestamise kadu ja tundlikkus polarisatsiooniseisundite suhtes.
Erbiumiga legeeritud kiudvõimendi tööpõhimõte
Erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA optiline võimendiKoosneb peamiselt erbiumiga legeeritud kiust (umbes 10–30 m pikkune) ja pumpvalgusallikast. Tööpõhimõte seisneb selles, et erbiumiga legeeritud kiud tekitab pumbatava valgusallika (lainepikkus 980 nm või 1480 nm) toimel stimuleeritud kiirgust ja kiiratava valguse hulk muutub koos sisendvalgussignaali muutumisega, mis on samaväärne sisendvalgussignaali võimendamisega. Tulemused näitavad, et erbiumiga legeeritud kiudvõimendi võimendus on tavaliselt 15–40 dB ja relee vahemaad saab suurendada enam kui 100 km võrra. Seega tekib paratamatult küsimus: miks teadlased mõtlesid valguslainete intensiivsuse suurendamiseks kasutada legeeritud erbiumit kiudvõimendis? Me teame, et erbium on haruldane muldmetall ja haruldastel muldmetallidel on oma erilised struktuurilised omadused. Haruldaste muldmetallide legeerimist optilistes seadmetes on pikka aega kasutatud optiliste seadmete jõudluse parandamiseks, seega pole see juhuslik tegur. Lisaks, miks on pumba valgusallika lainepikkuseks valitud 980 nm või 1480 nm? Tegelikult võib pumba valgusallika lainepikkus olla 520 nm, 650 nm, 980 nm ja 1480 nm, kuid praktika on tõestanud, et 1480 nm lainepikkusega pumba valgusallika laseri efektiivsus on kõrgeim, millele järgneb 980 nm lainepikkusega pumba valgusallikas.
Füüsiline struktuur
Erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA optilise võimendi) põhistruktuur. Sisend- ja väljundotsas on isolaator, mille eesmärk on optilise signaali ühesuunaline ülekanne. Pumbaergastil on lainepikkus 980 nm või 1480 nm ja seda kasutatakse energia andmiseks. Ühenduselemendi ülesanne on ühendada sisendoptiline signaal ja pumbavalgus erbiumiga legeeritud kiuga ning edastada pumbavalguse energia sisendoptilisele signaalile erbiumiga legeeritud kiu toimel, et realiseerida sisendoptilise signaali energia võimendamine. Suurema väljundoptilise võimsuse ja madalama müraindeksi saavutamiseks kasutab praktikas kasutatav erbiumiga legeeritud kiudvõimendi kahe või enama pumbaallika struktuuri, mille keskel on isolaatorid teineteise isoleerimiseks. Laiema ja lamedama võimenduskõvera saamiseks lisatakse võimendust lamendav filter.
EDFA koosneb viiest põhiosast: erbiumiga legeeritud kiust (EDF), optilisest sidurist (WDM), optilisest isolaatorist (ISO), optilisest filtrist ja pumpamisallikast. Tavaliselt kasutatavate pumbaallikate hulka kuuluvad 980 nm ja 1480 nm ning neil kahel pumbaallikal on suurem pumpamise efektiivsus ja neid kasutatakse üha rohkem. 980 nm pumba valgusallika mürakoefitsient on madalam; 1480 nm pumba valgusallikal on suurem pumpamise efektiivsus ja see võib saavutada suurema väljundvõimsuse (umbes 3 dB kõrgem kui 980 nm pumba valgusallikal).
eelis
1. Töölainepikkus on kooskõlas ühemoodilise kiu minimaalse sumbumisaknaga.
2. Kõrge sidestustõhusus. Kuna tegemist on kiudvõimendiga, on seda lihtne edastuskiuga ühendada.
3. Kõrge energia muundamise efektiivsus. EDF-i südamik on väiksem kui edastuskiul ning signaalivalgus ja pumbavalgus edastatakse EDF-is samaaegselt, seega on optiline mahtuvus väga kontsentreeritud. See muudab valguse ja võimenduskeskkonna Er iooni vahelise interaktsiooni väga täielikuks, mis on ühendatud sobiva pikkusega erbiumiga legeeritud kiuga, mistõttu on valgusenergia muundamise efektiivsus kõrge.
4. Suur võimendus, madal müraindeks, suur väljundvõimsus, madal kanalitevaheline läbikoste.
5. Stabiilse võimenduse omadused: EDFA ei ole temperatuurile tundlik ja võimendusel on polarisatsiooniga vähe korrelatsiooni.
6. Võimendusfunktsioon ei sõltu süsteemi bitikiirusest ja andmevormingust.
puudus
1. Mittelineaarne efekt: EDFA võimendab optilist võimsust, suurendades kiudu sisestatud optilist võimsust, kuid mida suurem, seda parem. Kui optilist võimsust teatud määral suurendatakse, tekib optilise kiu mittelineaarne efekt. Seetõttu tuleks optiliste kiudvõimendite kasutamisel pöörata tähelepanu ühekanalilise sissetuleva kiu optilise võimsuse juhtimise väärtusele.
2. Võimenduslainepikkuste vahemik on fikseeritud: C-riba EDFA töölainepikkuste vahemik on 1530 nm ~ 1561 nm; L-riba EDFA töölainepikkuste vahemik on 1565 nm ~ 1625 nm.
3. Ebaühtlane võimendusribalaius: EDFA erbiumiga legeeritud kiudvõimendi võimendusribalaius on väga lai, kuid EDF-i enda võimendusspekter ei ole tasane. WDM-süsteemis tuleb võimenduse tasandamiseks kasutada võimenduse tasandusfiltrit.
4. Valgusimpulsi probleem: Kui valgusrada on normaalne, kannab pumbavalguse poolt ergastatud erbiumioonid signaalvalguse endaga kaasa, viies signaalvalguse võimenduse lõpule. Kui sisendvalgus on kärbitud, siis metastabiilsete erbiumioonide jätkuva akumuleerumise tõttu toimub energiahüpe pärast signaalvalguse sisendi taastumist, mille tulemuseks on valgusimpulss.
5. Optilise pinge lahendus on EDFA automaatse optilise võimsuse vähendamise (APR) või automaatse optilise väljalülituse (APSD) funktsiooni realiseerimine, see tähendab, et EDFA vähendab automaatselt võimsust või lülitab toite automaatselt välja, kui sisendvalgus puudub, vähendades seeläbi pingetõuke nähtuse esinemist.
Rakendusrežiim
1. Võimendi võimendust kasutatakse mitme lainepikkusega signaalide võimsuse võimendamiseks pärast võimenduslaine väljutamist ja seejärel nende edastamiseks. Kuna signaali võimsus pärast võimenduslaine väljumist on üldiselt suur, ei ole võimsusvõimendi müraindeks ja võimendus väga kõrged. Sellel on suhteliselt suur väljundvõimsus.
2. Liinivõimendit kasutatakse pärast võimsusvõimendit liiniülekande kadude perioodiliseks kompenseerimiseks, mis nõuab üldiselt suhteliselt väikest müraindeksit ja suurt väljundoptilist võimsust.
3. Eelvõimendi: Enne jaoturit ja pärast liinivõimendit kasutatakse seda signaali võimendamiseks ja vastuvõtja tundlikkuse parandamiseks (juhul kui optilise signaali ja müra suhe (OSNR) vastab nõuetele, saab suurem sisendvõimsus summutada vastuvõtja enda müra ja parandada vastuvõtu tundlikkust) ning müraindeks on väga väike. Väljundvõimsusele ei ole suuri nõudeid.
Postituse aeg: 17. märts 2025