Erbiumiga legeeritud kiudvõimendid (EDFA-d)

Erbiumiga legeeritud kiudvõimendid (EDFA-d) kasutavad võimenduskeskkonnana haruldaste muldmetallide elemente, nagu erbium (Er3+).See lisatakse tootmisprotsessi käigus fiibersüdamikusse.See koosneb lühikesest klaasist valmistatud kiutükist (tavaliselt umbes 10 m), millesse on lisatud ioonina (Er3+) lisandina väike kontrollitud kogus erbiumi.Seega toimib ränidioksiidi kiud peremeeskeskkonnana.Töölainepikkuse ja võimenduse ribalaiuse määravad pigem lisandid (erbium), mitte ränidioksiid.EDFA-d töötavad üldiselt 1550 nm lainepikkuse piirkonnas ja võivad pakkuda võimsust üle 1 Tbps.Seega kasutatakse neid WDM-süsteemides laialdaselt.

Stimuleeritud emissiooni põhimõte on rakendatav EDFA võimendusmehhanismi puhul.Kui lisand (erbiumioon) on suure energiaga olekus, stimuleerib optilise sisendsignaali langev footon seda.See vabastab osa oma energiast lisandisse ja naaseb madalama energiaga olekusse ("stimuleeritud emissioon"), mis on stabiilsem.Allolev joonis näitab EDFA põhistruktuuri.

1.1 EDFA põhistruktuur

Pumba laserdiood toodab tavaliselt lainepikkusega optilist signaali (kas 980 nm või 1480 nm juures) suure võimsusega (~ 10–200 mW).See signaal on ühendatud valguse sisendsignaaliga ränidioksiidi kiudude erbiumlisandiga sektsioonis WDM-siduri kaudu.Erbiumiioonid neelavad selle pumba signaalienergia ja hüppavad oma ergastatud olekusse.Osa väljundvalgussignaalist koputatakse ja suunatakse tagasi pumbalaseri sisendisse läbi optilise filtri ja detektori.See toimib tagasiside võimsuse juhtimismehhanismina, et muuta EDFA-d isereguleeruvateks võimenditeks.Kui kõik metastabiilsed elektronid tarbitakse, siis edasist võimendamist ei toimu.Seetõttu süsteem stabiliseerub automaatselt, kuna EDFA optiline väljundvõimsus jääb peaaegu konstantseks, olenemata sisendvõimsuse kõikumisest, kui see on olemas.

1.2 EDFA lihtsustatud funktsionaalne skeem

Ülaltoodud joonisel on kujutatud EDFA lihtsustatud funktsionaalset skeemi, kus laseri pumba signaal lisatakse optilisele sisendsignaalile (1480 nm või 980 nm juures) WDM-siduri kaudu.

See diagramm näitab väga lihtsat EDF-võimendit.Pumba signaali lainepikkus (pumba võimsusega umbes 50 mW) on 1480 nm või 980 nm.Osa sellest pumba signaalist kantakse erbiumiga legeeritud kiu lühikese pikkusega stimuleeritud emissiooni kaudu optilisse sisendsignaali.Selle tüüpiline optiline võimendus on umbes 5–15 dB ja müratase alla 10 dB.1550 nm töö korral on võimalik saada 30–40 dB optiline võimendus.

1.3 EDFA praktiline rakendamine

Ülaltoodud joonisel on kujutatud EDFA lihtsustatud toimimist selle praktilise struktuuriga, kui seda kasutatakse WDM-rakenduses.

Nagu näidatud, sisaldab see järgmisi põhiosi:

• Isolaator sisendis.See hoiab ära EDFA tekitatud müra levimise saatja otsa suunas.

• WDM-liitmik.See ühendab väikese võimsusega 1550 nm optilise sisendandmesignaali suure võimsusega pumpava optilise signaaliga (pumbaallikast, näiteks laserist) lainepikkusel 980 nm.

• Väike osa erbiumiga legeeritud ränidioksiidi kiudu.Tegelikult on see EDFA aktiivne meedium.

• Väljundil isolaator.See aitab vältida tagasipeegelduva optilise signaali sisenemist erbiumiga legeeritud ränidioksiidi kiududesse.

Lõplik väljundsignaal on võimendatud 1550 nm lainepikkusega optiline andmesignaal koos 980 nm lainepikkusega pumba jääksignaaliga.

Erbium-leegitud kiudvõimendite (EDFA) tüübid

Erbium-leegitud kiudvõimendite (EDFA) struktuure on kahte tüüpi:

• EDFA koos paljunduspumbaga

• EDFA koos vastupaljunduspumbaga

Alloleval joonisel on näidatud vastassuunalised pumbad ja kahesuunalised pumbad, mida saab kasutada EDFA struktuurides.

Erinevad pumpade paigutused

Ühispaljuneval pumbal EDFA on madalam optiline väljundvõimsus ja madal müratase;samas kui vastupidiselt leviv pump EDFA tagab suurema optilise väljundvõimsuse, kuid tekitab ka suuremat müra.Tüüpilises kaubanduslikus EDFA-s kasutatakse kahesuunalist pumpa koos samaaegse leviku ja vastassuunalise pumpamisega, mille tulemuseks on suhteliselt ühtlane optiline võimendus.

EDFA rakendamine võimendi, reasisese ja eelvõimendina

Kiudoptilise sideühenduse pikamaarakenduse korral saab EDFA-sid kasutada optilise saatja väljundis võimendina, optilise kiuduga ühendatud optilise võimendina ja eelvõimendina vahetult enne vastuvõtja, nagu on näidatud ülaltoodud joonisel.

Võib märkida, et reas olevad EDFA-d paigutatakse sõltuvalt kiu kadumisest üksteisest 20–100 km kaugusele.Optiline sisendsignaal on lainepikkusel 1,55 μm, samas kui pumbalaserid töötavad lainepikkusel 1,48 μm või 980 nm.Erbiumiga legeeritud kiu tüüpiline pikkus on 10–50 m.

EDFA-de võimendusmehhanism

Nagu varem öeldud, põhineb EDFA võimendusmehhanism stimuleeritud emissioonil, mis on sarnane laseriga.Optilise pumba signaalist saadav suur energia (toodetud teise laseriga) ergastab ülemises energiaolekus ränidioksiidi kiududes olevad lisandaine erbiumioonid (Er3+).Sisend optiline andmesignaal stimuleerib ergastatud erbiumiioonide üleminekut madalama energiaga olekusse ja tulemuseks on sama energiaga, st sama lainepikkusega footonite kiirgus kui sisend-optilisel signaalil.

Energiataseme diagramm: Vabadel erbiumiioonidel on energiariba diskreetsed tasemed.Kui erbiumi ioonid lisatakse ränidioksiidi kiududesse, jaguneb nende energiatase mitmeks tihedalt seotud tasemeks, et moodustada energiariba.

1.4 EDFA võimendusmehhanism

Populatsiooni inversiooni saavutamiseks pumbatakse Er3+ ioone vahetasemel 2. Kaudsel meetodil (980 nm pumpamine) viiakse Er3+ ioone pidevalt tasemelt 1 tasemele 3. Sellele järgneb mittekiirguslik lagunemine tasemele 2, alates kus nad langevad tasemele 1, kiirgades optilisi signaale soovitud lainepikkusel 1500–1600 nm.Seda tuntakse 3-tasemelise võimendusmehhanismina.

Rohkem Erbiumiga legeeritud tooteid leiate meie veebisaidilt.

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

E-post:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Faks: +86-2887897578

Lisa: nr 23, Chaoyang Road, Xihe tänav, Longquanyi rajoon, Chengdu, 610107, Hiina.