Ενισχυτές ινών με πρόσμειξη ερβίου (EDFA)

Οι ενισχυτές ινών με πρόσμειξη με έρβιο (EDFA) χρησιμοποιούν στοιχεία σπάνιων γαιών όπως το έρβιο (Er3+) ως μέσο ενίσχυσης.Προστίθεται στον πυρήνα της ίνας κατά τη διαδικασία κατασκευής.Αποτελείται από ένα κοντό κομμάτι ίνας (συνήθως περίπου 10 m) από γυαλί στο οποίο προστίθεται μια μικρή ελεγχόμενη ποσότητα ερβίου ως πρόσμικτη με τη μορφή ιόντος (Er3+).Έτσι, η ίνα πυριτίου δρα ως μέσο ξενιστή.Το μήκος κύματος λειτουργίας και το εύρος ζώνης απολαβής είναι οι προσμίξεις (έρβιο) και όχι οι ίνες πυριτίου.Τα EDFA γενικά λειτουργούν στην περιοχή μήκους κύματος 1550 nm και μπορούν να προσφέρουν χωρητικότητες άνω του 1 Tbps.Έτσι, χρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα WDM.

Η αρχή της διεγερμένης εκπομπής ισχύει για τον μηχανισμό ενίσχυσης του EDFA.Όταν το προσμίκτη (ένα ιόν ερβίου) βρίσκεται σε κατάσταση υψηλής ενέργειας, ένα προσπίπτον φωτόνιο του οπτικού σήματος εισόδου θα το διεγείρει.Απελευθερώνει μέρος της ενέργειάς του στο προσμίκτη και επιστρέφει σε μια κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας («διεγερμένη εκπομπή») που είναι πιο σταθερή.Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη βασική δομή ενός EDFA.

1.1 Βασική δομή ενός EDFA

Η δίοδος λέιζερ αντλίας παράγει κανονικά ένα οπτικό σήμα μήκους κύματος (είτε στα 980 nm είτε στα 1480 nm) σε υψηλή ισχύ (~ 10–200 mW).Αυτό το σήμα συζευγνύεται με το σήμα εισόδου φωτός στο τμήμα ερβίου της ίνας πυριτίου μέσω του συζεύκτη WDM.Τα ιόντα ερβίου θα απορροφήσουν αυτήν την ενέργεια του σήματος της αντλίας και θα μεταβούν στη διεγερμένη τους κατάσταση.Ένα μέρος του φωτεινού σήματος εξόδου χτυπιέται και ανατροφοδοτείται στην είσοδο του λέιζερ αντλίας μέσω οπτικού φίλτρου και ανιχνευτή.Αυτό χρησιμεύει ως μηχανισμός ελέγχου ισχύος ανάδρασης, έτσι ώστε οι EDFA να γίνουν αυτορυθμιζόμενοι ενισχυτές.Όταν καταναλωθούν όλα τα μετασταθερά ηλεκτρόνια, δεν λαμβάνει χώρα περαιτέρω ενίσχυση.Επομένως, το σύστημα σταθεροποιείται αυτόματα επειδή η οπτική ισχύς εξόδου του EDFA παραμένει σχεδόν σταθερή ανεξάρτητα από τη διακύμανση της ισχύος εισόδου, εάν υπάρχει.

1.2 Απλοποιημένη λειτουργική σχηματική απεικόνιση ενός EDFA

Το παραπάνω σχήμα δείχνει το απλοποιημένο λειτουργικό σχηματικό ενός EDFA στο οποίο ένα σήμα αντλίας από το λέιζερ προστίθεται σε ένα οπτικό σήμα εισόδου (στα 1480 nm ή 980 nm) μέσω ενός συζεύκτη WDM.

Αυτό το διάγραμμα δείχνει έναν πολύ βασικό ενισχυτή EDF.Το μήκος κύματος του σήματος της αντλίας (με ισχύ αντλίας περίπου 50 mW) είναι 1480 nm ή 980 nm.Κάποιο μέρος αυτού του σήματος της αντλίας μεταφέρεται στο οπτικό σήμα εισόδου μέσω διεγερμένης εκπομπής εντός μικρού μήκους ίνας εμποτισμένης με Έρβιο.Έχει τυπικό οπτικό κέρδος περίπου 5–15 dB και μικρότερο από 10 dB τιμή θορύβου.Για λειτουργία 1550 nm, είναι δυνατή η λήψη οπτικού κέρδους 30–40 dB.

1.3 Πρακτική υλοποίηση ενός EDFA

Το παραπάνω σχήμα απεικονίζει μια απλοποιημένη λειτουργία ενός EDFA με την πρακτική δομή του όταν χρησιμοποιείται σε εφαρμογή WDM.

Όπως φαίνεται, περιλαμβάνει τα ακόλουθα κύρια μέρη:

• Ένας απομονωτής στην είσοδο.Αυτό εμποδίζει τον θόρυβο που δημιουργείται από ένα EDFA να διαδίδεται προς το άκρο του πομπού.

• Ένας συζεύκτης WDM.Συνδυάζει το οπτικό σήμα δεδομένων εισόδου χαμηλής ισχύος 1550 nm με οπτικό σήμα άντλησης υψηλής ισχύος (από πηγή αντλίας όπως λέιζερ) σε μήκος κύματος 980 nm.

• Ένα μικρό τμήμα από ίνες πυριτίου με πρόσμειξη με έρβιο.Στην πραγματικότητα, αυτό χρησιμεύει ως το ενεργό μέσο του EDFA.

• Ένας απομονωτής στην έξοδο.Βοηθά να αποτραπεί η είσοδος οπισθοανακλώμενου οπτικού σήματος στην ίνα πυριτίας με πρόσμειξη ερβίου.

Το τελικό σήμα εξόδου είναι ένα ενισχυμένο οπτικό σήμα δεδομένων μήκους κύματος 1550 nm με ένα υπολειπόμενο σήμα αντλίας μήκους κύματος 980 nm.

Τύποι ενισχυτών ινών με πρόσμειξη ερβίου (EDFA)

Υπάρχουν δύο τύποι δομών ενισχυτών ινών με πρόσμειξη ερβίου (EDFA):

• EDFA με αντλία συν-πολλαπλασιασμού

• EDFA με αντλία αντιπολλαπλασιασμού

Το παρακάτω σχήμα δείχνει τις διατάξεις αντι-πολλαπλασιαστικής αντλίας και αμφίδρομης αντλίας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε δομές EDFA.

Διαφορετικές διατάξεις αντλιών

Μια αντλία συν-πολλαπλασιασμού EDFA διαθέτει χαμηλότερη οπτική ισχύ εξόδου με χαμηλό θόρυβο.ενώ μια αντίθετη αντλία EDFA παρέχει υψηλότερη οπτική ισχύ εξόδου αλλά παράγει και μεγαλύτερο θόρυβο.Σε ένα τυπικό εμπορικό EDFA, χρησιμοποιείται μια αμφίδρομη αντλία με ταυτόχρονη άντληση με ταυτόχρονη διάδοση και αντίστροφη διάδοση, η οποία έχει ως αποτέλεσμα ένα σχετικά ομοιόμορφο οπτικό κέρδος.

Εφαρμογή του EDFA ως ενισχυτή, σε σειρά και προενισχυτή

Σε μια εφαρμογή μακράς απόστασης μιας σύνδεσης επικοινωνίας οπτικών ινών, τα EDFA μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ενισχυτής στην έξοδο του οπτικού πομπού, ένας εν σειρά οπτικός ενισχυτής μαζί με την οπτική ίνα καθώς και ένας προενισχυτής ακριβώς πριν από την δέκτη, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

Μπορεί να σημειωθεί ότι τα εν σειρά EDFA τοποθετούνται σε απόσταση 20–100 km μεταξύ τους ανάλογα με την απώλεια ινών.Το οπτικό σήμα εισόδου είναι σε μήκος κύματος 1,55 μm, ενώ τα λέιζερ αντλίας λειτουργούν σε μήκος κύματος 1,48 μm ή 980 nm.Το τυπικό μήκος των ινών που έχουν προστεθεί με Έρβιο είναι 10–50 m.

Μηχανισμός Ενίσχυσης σε EDFAs

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο μηχανισμός ενίσχυσης σε ένα EDFA βασίζεται σε διεγερμένη εκπομπή παρόμοια με αυτή του λέιζερ.Η υψηλή ενέργεια από το σήμα της οπτικής αντλίας (που παράγεται από άλλο λέιζερ) διεγείρει τα προσμίξιμα ιόντα ερβίου (Er3+) σε μια ίνα πυριτίου στην ανώτερη ενεργειακή κατάσταση.Το σήμα οπτικών δεδομένων εισόδου διεγείρει τη μετάβαση των διεγερμένων ιόντων Ερβίου στην κατώτερη ενεργειακή κατάσταση και έχει ως αποτέλεσμα την ακτινοβολία φωτονίων με την ίδια ενέργεια, δηλαδή το ίδιο μήκος κύματος με αυτό του οπτικού σήματος εισόδου.

Διάγραμμα στάθμης ενέργειας: Τα ελεύθερα ιόντα Ερβίου παρουσιάζουν διακριτά επίπεδα της ενεργειακής ζώνης.Όταν τα ιόντα ερβίου προστίθενται σε μια ίνα πυριτίου, κάθε ένα από τα ενεργειακά τους επίπεδα χωρίζεται σε έναν αριθμό στενά συνδεδεμένων επιπέδων έτσι ώστε να σχηματιστεί μια ενεργειακή ζώνη.

1.4 Μηχανισμός ενίσχυσης σε EDFA

Για να επιτευχθεί η αναστροφή πληθυσμού, τα ιόντα Er3+ αντλούνται στο ενδιάμεσο επίπεδο 2. Στην έμμεση μέθοδο (άντληση 980 nm), τα ιόντα Er3+ μετακινούνται συνεχώς από το επίπεδο 1 στο επίπεδο 3. Ακολουθείται από μη ακτινοβολική διάσπαση στο επίπεδο 2, από όπου πέφτουν στο επίπεδο 1, ακτινοβολώντας τα οπτικά σήματα στο επιθυμητό μήκος κύματος 1500–1600 nm.Αυτός είναι γνωστός ως μηχανισμός ενίσχυσης 3 επιπέδων.

Για περισσότερα προϊόντα με πρόσμιξη Erbium, ρίξτε μια ματιά στον ιστότοπό μας.

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

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Φαξ: +86-2887897578

Προσθήκη: No.23, δρόμος Chaoyang, οδός Xihe, περιοχή Longquanyi, Chengdu, 610107, Κίνα.