Penguat Gentian Berdop Erbium (EDFA)

Penguat gentian terdop erbium (EDFA) menggunakan unsur nadir bumi seperti erbium (Er3+) sebagai medium penguatan.Ia didopkan ke dalam teras gentian semasa proses pembuatan.Ia terdiri daripada sekeping gentian pendek (biasanya 10 m atau lebih) diperbuat daripada kaca di mana sejumlah kecil erbium terkawal ditambah sebagai dopan dalam bentuk ion (Er3+).Oleh itu, gentian silika bertindak sebagai medium perumah.Ia adalah dopan (erbium) dan bukannya gentian silika yang menentukan panjang gelombang operasi dan lebar jalur keuntungan.EDFA biasanya beroperasi di rantau panjang gelombang 1550 nm dan boleh menawarkan kapasiti melebihi 1 Tbps.Jadi, ia digunakan secara meluas dalam sistem WDM.

Prinsip pelepasan dirangsang boleh digunakan untuk mekanisme penguatan EDFA.Apabila dopan (ion erbium) berada dalam keadaan bertenaga tinggi, foton kejadian isyarat optik input akan merangsangnya.Ia membebaskan sebahagian daripada tenaganya kepada dopan dan kembali kepada keadaan tenaga yang lebih rendah ("pelepasan dirangsang") yang lebih stabil.Rajah di bawah menunjukkan struktur asas EDFA.

1.1 Struktur asas EDFA

Diod laser pam biasanya menghasilkan isyarat optik dengan panjang gelombang (sama ada 980 nm atau 1480 nm) pada kuasa tinggi (~ 10–200 mW).Isyarat ini digandingkan dengan isyarat input cahaya dalam bahagian erbiumdoped gentian silika melalui pengganding WDM.Ion erbium akan menyerap tenaga isyarat pam ini dan melompat ke keadaan terujanya.Sebahagian daripada isyarat cahaya keluaran diketuk dan disalurkan semula pada input laser pam melalui penapis optik dan pengesan.Ini berfungsi sebagai mekanisme kawalan kuasa maklum balas untuk menjadikan EDFA sebagai penguat kawal selia sendiri.Apabila semua elektron metastabil dimakan maka tiada penguatan selanjutnya berlaku.Oleh itu, sistem menjadi stabil secara automatik kerana kuasa optik output EDFA kekal hampir malar tanpa mengira turun naik kuasa input, jika ada.

1.2 Skema kefungsian ringkas EDFA

Rajah di atas menunjukkan skema fungsian yang dipermudahkan EDFA di mana isyarat pam daripada laser ditambah kepada isyarat optik input (pada 1480 nm atau 980 nm) melalui pengganding WDM.

Rajah ini menunjukkan penguat EDF yang sangat asas.Panjang gelombang isyarat pam (dengan kuasa pam kira-kira 50 mW) ialah 1480 nm atau 980 nm.Sebahagian daripada isyarat pam ini dipindahkan ke isyarat optik input melalui pelepasan yang dirangsang dalam tempoh pendek gentian dop Erbium.Ia mempunyai keuntungan optik biasa kira-kira 5-15 dB dan kurang daripada 10 dB angka hingar.Untuk operasi 1550 nm, adalah mungkin untuk mendapatkan keuntungan optik 30-40 dB.

1.3 Realisasi praktikal EDFA

Rajah di atas menggambarkan operasi ringkas EDFA dengan struktur praktikalnya apabila digunakan dalam aplikasi WDM.

Seperti yang ditunjukkan, ia termasuk bahagian utama berikut:

• Pengasing pada input.Ini mengekalkan bunyi yang dihasilkan oleh EDFA daripada merambat ke arah hujung pemancar.

• Pengganding WDM.Ia menggabungkan isyarat data input optik berkuasa rendah 1550 nm dengan isyarat optik pengepam kuasa tinggi (daripada sumber pam seperti laser) pada panjang gelombang 980 nm.

• Bahagian kecil gentian silika doped erbium.Malah, ini berfungsi sebagai medium aktif EDFA.

• Pengasing pada output.Ia membantu menghalang sebarang isyarat optik pantulan belakang daripada memasuki gentian silika dop erbium.

Isyarat keluaran akhir ialah isyarat data optik panjang gelombang 1550 nm yang diperkuat dengan sisa isyarat pam panjang gelombang 980 nm.

Jenis Penguat Gentian Berdop Erbium (EDFA)

Terdapat dua jenis struktur Penguat Fiber Doped Erbium (EDFA):

• EDFA dengan pam penyebaran bersama

• EDFA dengan pam penyebaran balas

Rajah di bawah menunjukkan pam penyebaran balas dan susunan pam dua arah yang boleh digunakan dalam struktur EDFA.

Susunan pam yang berbeza

Pam penyebaran bersama EDFA mempunyai kuasa optik keluaran yang lebih rendah dengan bunyi yang rendah;manakala pam penyebaran balas EDFA memberikan kuasa optik output yang lebih tinggi tetapi menghasilkan bunyi yang lebih besar juga.Dalam EDFA komersial biasa, pam dwiarah dengan pembiakan bersama dan pembiakan balas serentak digunakan yang menghasilkan keuntungan optik yang agak seragam.

Penggunaan EDFA sebagai penggalak, sebaris, dan pra-penguat

Dalam aplikasi jarak jauh bagi pautan komunikasi gentian optik, EDFA boleh digunakan sebagai penguat penggalak pada output pemancar optik, penguat optik dalam talian bersama gentian optik serta pra-penguat sejurus sebelum penerima, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas.

Perlu diingatkan bahawa EDFA dalam talian diletakkan pada jarak 20–100 km bergantung pada kehilangan gentian.Isyarat input optik adalah pada panjang gelombang 1.55 μm, manakala laser pam beroperasi pada panjang gelombang 1.48 μm atau 980 nm.Panjang biasa gentian berdop Erbium ialah 10–50 m.

Mekanisme Penguatan dalam EDFA

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, mekanisme penguatan dalam EDFA adalah berdasarkan pelepasan yang dirangsang serupa dengan dalam laser.Tenaga tinggi daripada isyarat pam optik (dihasilkan oleh laser lain) merangsang ion erbium dopan (Er3+) dalam gentian silika pada keadaan tenaga atas.Isyarat data optik input merangsang peralihan ion Erbium yang teruja kepada keadaan tenaga yang lebih rendah dan menghasilkan sinaran foton dengan tenaga yang sama, iaitu, panjang gelombang yang sama dengan isyarat optik input.

Rajah aras tenaga: Ion Erbium bebas mempamerkan tahap diskret jalur tenaga.Apabila ion Erbium didopkan ke dalam gentian silika, setiap tahap tenaga mereka berpecah kepada beberapa tahap yang berkait rapat untuk membentuk jalur tenaga.

1.4 Mekanisme penguatan dalam EDFA

Untuk mencapai penyongsangan populasi, ion Er3+ dipam pada tahap pertengahan 2. Dalam kaedah tidak langsung (pengepam 980-nm), ion Er3+ dialihkan secara berterusan dari tahap 1 ke tahap 3. Ia diikuti oleh pereputan bukan sinaran ke tahap 2, dari di mana ia jatuh ke tahap 1, memancarkan isyarat optik dalam panjang gelombang yang dikehendaki 1500-1600 nm.Ini dikenali sebagai mekanisme penguatan 3 peringkat.

Untuk lebih banyak produk dop Erbium, sila lihat di tapak web kami.

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

E-mel:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Faks: +86-2887897578

Tambah: No.23, jalan Chaoyang, jalan Xihe, distrcit Longquanyi, Chengdu, 610107, China.