Principiu è applicazione di l'amplificatore di fibra dopatu cù erbium EDFA

Principiu è applicazione diAmplificatore di fibra dopatu cù erbiu EDFA

A struttura basica diEDFAAmplificatore di fibra dopata à l'erbiu, chì hè cumpostu principalmente da un mezu attivu (fibra di quarzu dopata longa decine di metri, diametru di u core 3-5 micron, cuncentrazione di doping (25-1000)x10-6), fonte di luce di pompa (990 o 1480nm LD), accoppiatore otticu è isolatore otticu. A luce di signale è a luce di pompa si ponu propagà in a listessa direzzione (co-pompaggio), direzzione opposta (pompaggio inversu), o entrambe e direzzione (pompaggio bidirezionale) in a fibra d'erbiu. Quandu a luce di signale è a luce di pompa sò iniettate in a fibra d'erbiu à u listessu tempu, l'ione d'erbiu hè eccitatu à u livellu d'alta energia (sistema à trè livelli) sottu l'azione di a luce di pompa, è prestu decade à u livellu metastabile. Quandu torna à u statu fundamentale sottu l'azione di a luce di signale incidente, u fotone currispondente à a luce di signale hè emessu, in modu chì u signale hè amplificatu. U so spettru di emissione spontanea amplificata (ASE) hà una grande larghezza di banda (finu à 20-40 nm) è hà dui picchi currispondenti rispettivamente à 1530 nm è 1550 nm.

I principali vantaghji diAmplificatore EDFAsò altu guadagnu, grande larghezza di banda, alta putenza di uscita, alta efficienza di pompaggio, bassa perdita d'inserzione è insensibilità à i stati di polarizazione.

U principiu di funziunamentu di l'amplificatore di fibra dopatu cù erbium

L'amplificatore di fibra dopatu à l'erbiu (Amplificatore otticu EDFA） hè cumpostu principalmente da una fibra dopata à l'erbiu (circa 10-30 m di lunghezza) è una fonte di luce pompata. U principiu di funziunamentu hè chì a fibra dopata à l'erbiu genera una radiazione stimulata sottu l'azione di a fonte di luce pompata (lunghezza d'onda 980 nm o 1480 nm), è a luce irradiata cambia cù u cambiamentu di u signale luminosu d'entrata, chì hè equivalente à amplificà u signale luminosu d'entrata. I risultati mostranu chì u guadagnu di l'amplificatore di fibra dopata à l'erbiu hè di solitu 15-40 db, è a distanza di relè pò esse aumentata di più di 100 km. Dunque, a ghjente ùn pò micca impedisce di dumandassi: perchè i scientifichi anu pensatu à aduprà l'erbiu dopatu in l'amplificatore di fibra per aumentà l'intensità di l'onde luminose? Sapemu chì l'erbiu hè un elementu di terra rara, è l'elementi di terra rara anu e so caratteristiche strutturali speciali. U dopaggio di elementi di terra rara in dispositivi ottici hè statu utilizatu per un bellu pezzu per migliurà e prestazioni di i dispositivi ottici, dunque questu ùn hè micca un fattore accidentale. Inoltre, perchè a lunghezza d'onda di a fonte luminosa di a pompa hè scelta à 980nm o 1480nm? In fatti, a lunghezza d'onda di a fonte luminosa di a pompa pò esse 520nm, 650nm, 980nm è 1480nm, ma a pratica hà dimustratu chì a lunghezza d'onda di l'efficienza laser di a fonte luminosa di a pompa di 1480nm hè a più alta, seguitata da a lunghezza d'onda di a fonte luminosa di a pompa di 980nm.

Struttura fisica

Struttura basica di l'amplificatore à fibra dopata à l'erbiu (Amplificatore Otticu EDFA). Ci hè un isolatore à l'estremità d'entrata è à l'estremità di uscita, u scopu hè di fà chì u signale otticu sia trasmessu in una sola direzzione. L'eccitatore di a pompa hà una lunghezza d'onda di 980 nm o 1480 nm è hè adupratu per furnisce energia. A funzione di l'accoppiatore hè di accoppià u signale otticu d'entrata è a luce di a pompa in a fibra dopata à l'erbiu, è di trasferisce l'energia di a luce di a pompa à u signale otticu d'entrata per via di l'azione di a fibra dopata à l'erbiu, in modu da realizà l'amplificazione di l'energia di u signale otticu d'entrata. Per ottene una putenza ottica di uscita più alta è un indice di rumore più bassu, l'amplificatore à fibra dopata à l'erbiu adupratu in pratica adotta a struttura di duie o più fonti di pompa cù isolatori in u mezu per isolassi l'una l'altra. Per ottene una curva di guadagnu più larga è più piatta, hè aghjuntu un filtru di appiattimentu di u guadagnu.

L'EDFA hè custituitu da cinque parti principali: fibra drogata cù erbiu (EDF), accoppiatore otticu (WDM), isolatore otticu (ISO), filtru otticu è alimentazione di pompaggio. E fonti di pompaggio cumunemente aduprate includenu 980 nm è 1480 nm, è queste duie fonti di pompaggio anu una efficienza di pompaggio più alta è sò aduprate di più. U coefficientu di rumore di a fonte luminosa di a pompa 980 nm hè più bassu; A fonte luminosa di a pompa 1480 nm hà una efficienza di pompaggio più alta è pò ottene una putenza di uscita più grande (circa 3 dB più alta di a fonte luminosa di a pompa 980 nm).

vantaghju

1. A lunghezza d'onda operativa hè coerente cù a finestra d'attenuazione minima di a fibra monomodale.

2. Alta efficienza di accoppiamentu. Siccomu hè un amplificatore di fibra, hè faciule da accoppià cù a fibra di trasmissione.

3. Alta efficienza di cunversione energetica. U core di EDF hè più chjucu di quellu di a fibra di trasmissione, è a luce di signale è a luce di pompa sò trasmesse simultaneamente in EDF, dunque a capacità ottica hè assai cuncintrata. Questu rende l'interazione trà a luce è u mediu di guadagnu ione Er assai piena, accumpagnata da a lunghezza adatta di a fibra dopata cù erbium, dunque l'efficienza di cunversione di l'energia luminosa hè alta.

4. Guadagnu elevatu, indice di rumore bassu, grande putenza di uscita, bassa diafonia trà i canali.

5. Caratteristiche di guadagnu stabile: l'EDFA ùn hè micca sensibile à a temperatura, è u guadagnu hà poca currelazione cù a polarizazione.

6. A funzione di guadagnu hè indipendente da a velocità di bit di u sistema è da u furmatu di dati.

difettu

1. Effettu non lineare: L'EDFA amplifica a putenza ottica aumentendu a putenza ottica iniettata in a fibra, ma più grande hè megliu hè. Quandu a putenza ottica hè aumentata finu à un certu puntu, si pruducerà l'effettu non lineare di a fibra ottica. Dunque, quandu si utilizanu amplificatori di fibra ottica, si deve fà attenzione à u valore di u cuntrollu di a putenza ottica in entrata di a fibra monocanale.

2. A gamma di lunghezza d'onda di guadagnu hè fissa: a gamma di lunghezza d'onda di travagliu di l'EDFA in banda C hè 1530nm ~ 1561nm; A gamma di lunghezza d'onda di travagliu di l'EDFA in banda L hè 1565nm ~ 1625nm.

3. Larghezza di banda di guadagnu irregulare: A larghezza di banda di guadagnu di l'amplificatore di fibra dopata cù erbium EDFA hè assai larga, ma u spettru di guadagnu di EDF stessu ùn hè micca pianu. U filtru di appiattimentu di u guadagnu deve esse aduttatu per appiattisce u guadagnu in u sistema WDM.

4. Prublema di sovratensione luminosa: Quandu u percorsu luminosu hè nurmale, l'ioni d'erbiu eccitati da a luce di a pompa sò purtati via da a luce di signale, cumpletendu cusì l'amplificazione di a luce di signale. Sè a luce d'entrata hè truncata, perchè l'ioni d'erbiu metastabili cuntinueghjanu à accumulà si, una volta chì l'entrata di a luce di signale hè restaurata, l'energia salterà, risultendu in una sovratensione luminosa.

5. A suluzione à a sovratensione ottica hè di realizà a funzione di riduzione automatica di a putenza ottica (APR) o di spegnimentu automaticu di a putenza ottica (APSD) in EDFA, vale à dì, EDFA riduce automaticamente a putenza o spegne automaticamente a putenza quandu ùn ci hè micca luce d'entrata, supprimendu cusì l'occorrenza di u fenomenu di sovratensione.

Modu d'applicazione

1. L'amplificatore booster hè adupratu per aumentà a putenza di signali di lunghezza d'onda multipli dopu l'onda booster, è dopu trasmetteli. Siccomu a putenza di u signale dopu l'onda booster hè generalmente grande, l'indice di rumore è u guadagnu di un amplificatore di putenza ùn sò micca assai alti. Hà una putenza di uscita relativamente grande.

2. L'amplificatore di linea, dopu à l'amplificatore di putenza, hè adupratu per cumpensà periodicamente a perdita di trasmissione di linea, chì richiede generalmente un indice di rumore relativamente chjucu è una grande putenza ottica di uscita.

3. Preamplificatore: Prima di u splitter è dopu à l'amplificatore di linea, hè adupratu per amplificà u signale è migliurà a sensibilità di u ricevitore (in casu chì u rapportu signale otticu à rumore (OSNR) risponde à i requisiti, a putenza d'entrata più grande pò supprimà u rumore di u ricevitore stessu è migliurà a sensibilità di ricezione), è l'indice di rumore hè assai chjucu. Ùn ci hè micca una grande esigenza nantu à a putenza di uscita.