İlke ve uygulamaEDFA erbiyum katkılı fiber amplifikatör
Temel yapısıEDFAErbiyum katkılı fiber amplifikatör, esas olarak aktif bir ortamdan (onlarca metre uzunluğunda katkılı kuvars fiber, çekirdek çapı 3-5 mikron, katkı konsantrasyonu (25-1000)x10-6), pompa ışık kaynağından (990 veya 1480 nm LD), optik bağlayıcıdan ve optik izolatörden oluşur. Sinyal ışığı ve pompa ışığı, Erbiyum fiberde aynı yönde (eş pompalama), zıt yönde (ters pompalama) veya her iki yönde (çift yönlü pompalama) yayılabilir. Sinyal ışığı ve pompa ışığı aynı anda erbiyum fibere enjekte edildiğinde, erbiyum iyonu pompa ışığının etkisi altında yüksek enerji seviyesine (üç seviyeli sistem) uyarılır ve kısa sürede metastabil seviyeye düşer. Olay sinyal ışığının etkisi altında temel duruma döndüğünde, sinyal ışığına karşılık gelen foton yayılır, böylece sinyal yükseltilir. Amplifikasyonlu kendiliğinden emisyon (ASE) spektrumu geniş bir bant genişliğine (20-40 nm'ye kadar) sahiptir ve sırasıyla 1530 nm ve 1550 nm'ye karşılık gelen iki tepe noktasına sahiptir.
Başlıca avantajlarıEDFA amplifikatörüyüksek kazanç, büyük bant genişliği, yüksek çıkış gücü, yüksek pompalama verimliliği, düşük ekleme kaybı ve polarizasyon durumlarına duyarsızlıktır.
Erbiyum katkılı fiber amplifikatörün çalışma prensibi
Erbiyum katkılı fiber amplifikatör（EDFA Optik Amplifikatör） esas olarak erbiyum katkılı bir fiberden (yaklaşık 10-30 m uzunluğunda) ve bir pompa ışık kaynağından oluşur. Çalışma prensibi, erbiyum katkılı fiberin, pompalanan ışık kaynağının (dalga boyu 980 nm veya 1480 nm) etkisi altında uyarılmış radyasyon üretmesi ve yayılan ışığın, giriş ışık sinyalindeki değişimle birlikte değişmesidir; bu da giriş ışık sinyalinin yükseltilmesine eşdeğerdir. Sonuçlar, Erbiyum katkılı fiber amplifikatörün kazancının genellikle 15-40 dB olduğunu ve röle mesafesinin 100 km'den fazla artırılabileceğini göstermektedir. Dolayısıyla, insanlar şu soruyu sormadan edemiyor: Bilim insanları ışık dalgalarının yoğunluğunu artırmak için fiber amplifikatörde katkılı erbiyum kullanmayı neden düşündüler? Erbiyumun nadir toprak elementi olduğunu ve nadir toprak elementlerinin kendilerine özgü yapısal özelliklere sahip olduğunu biliyoruz. Optik cihazlarda nadir toprak elementlerinin katkılanması, optik cihazların performansını artırmak için uzun süredir kullanılmaktadır, bu nedenle bu tesadüfi bir faktör değildir. Ayrıca, pompa ışık kaynağının dalga boyu neden 980 nm veya 1480 nm olarak seçilmiştir? Aslında, pompa ışık kaynağının dalga boyu 520 nm, 650 nm, 980 nm ve 1480 nm olabilir, ancak uygulama, 1480 nm pompa ışık kaynağının dalga boyunun lazer verimliliğinin en yüksek olduğunu, ardından 980 nm pompa ışık kaynağının dalga boyunun geldiğini kanıtlamıştır.
Fiziksel yapı
Erbiyum katkılı fiber amplifikatörün (EDFA Optik Amplifikatör) temel yapısı. Giriş ve çıkış uçlarında birer izolatör bulunur ve amacı optik sinyalin tek yönlü iletimini sağlamaktır. Pompa uyarıcısı 980 nm veya 1480 nm dalga boyuna sahiptir ve enerji sağlamak için kullanılır. Bağlayıcının işlevi, giriş optik sinyalini ve pompa ışığını erbiyum katkılı fibere bağlamak ve pompa ışığının enerjisini erbiyum katkılı fiberin etkisiyle giriş optik sinyaline aktararak giriş optik sinyalinin enerji yükseltmesini sağlamaktır. Daha yüksek çıkış optik gücü ve daha düşük gürültü indeksi elde etmek için, pratikte kullanılan Erbiyum katkılı fiber amplifikatör, birbirini izole etmek için ortada izolatörler bulunan iki veya daha fazla pompa kaynağının yapısını benimser. Daha geniş ve daha düz bir kazanç eğrisi elde etmek için bir kazanç düzleştirme filtresi eklenir.
EDFA, beş ana parçadan oluşur: Erbiyum katkılı fiber (EDF), Optik bağlayıcı (WDM), optik izolatör (ISO), Optik filtre ve Pompalama Kaynağı. Yaygın olarak kullanılan pompa kaynakları 980 nm ve 1480 nm'dir ve bu iki pompa kaynağı daha yüksek pompalama verimliliğine sahiptir ve daha sık kullanılır. 980 nm pompa ışık kaynağının gürültü katsayısı daha düşüktür; 1480 nm pompa ışık kaynağı daha yüksek pompalama verimliliğine sahiptir ve daha yüksek çıkış gücü elde edebilir (980 nm pompa ışık kaynağından yaklaşık 3 dB daha yüksek).
avantaj
1. Çalışma dalga boyu, tek modlu fiberin minimum zayıflama penceresiyle tutarlıdır.
2. Yüksek kuplaj verimliliği. Fiber amplifikatör olduğu için iletim fiberine bağlanması kolaydır.
3. Yüksek enerji dönüşüm verimliliği. EDF'nin çekirdeği, iletim fiberinden daha küçüktür ve sinyal ışığı ile pompa ışığı EDF'de aynı anda iletildiği için optik kapasite oldukça yoğundur. Bu, ışık ve kazanç ortamı Er iyonu arasındaki etkileşimi çok yoğun hale getirir ve uygun uzunluktaki erbiyum katkılı fiberle birleştiğinde ışık enerjisi dönüşüm verimliliği yüksektir.
4. Yüksek kazanç, düşük gürültü indeksi, büyük çıkış gücü, kanallar arası düşük çapraz konuşma.
5. Kararlı kazanç özellikleri: EDFA sıcaklığa duyarlı değildir ve kazanç polarizasyonla çok az ilişkilidir.
6. Kazanç özelliği sistem bit hızı ve veri formatından bağımsızdır.
eksiklik
1. Doğrusal Olmayan Etki: EDFA, fibere enjekte edilen optik gücü artırarak optik gücü yükseltir, ancak güç ne kadar büyükse o kadar iyidir. Optik güç belirli bir oranda artırıldığında, optik fiberin doğrusal olmayan etkisi ortaya çıkar. Bu nedenle, optik fiber yükselticiler kullanılırken, tek kanallı gelen fiber optik gücünün kontrol değerine dikkat edilmelidir.
2. Kazanç dalga boyu aralığı sabittir: C-bant EDFA'nın çalışma dalga boyu aralığı 1530nm~1561nm'dir; L-bant EDFA'nın çalışma dalga boyu aralığı 1565nm~1625nm'dir.
3. Eşit olmayan kazanç bant genişliği: EDFA erbiyum katkılı fiber amplifikatörün kazanç bant genişliği çok geniştir, ancak EDF'nin kazanç spektrumu düz değildir. WDM sisteminde kazancı düzleştirmek için kazanç düzleştirme filtresi kullanılmalıdır.
4. Işık dalgalanması sorunu: Işık yolu normal olduğunda, pompa ışığı tarafından uyarılan erbiyum iyonları sinyal ışığı tarafından taşınır ve böylece sinyal ışığının amplifikasyonu tamamlanır. Giriş ışığı kesilirse, metastabil erbiyum iyonları birikmeye devam ettiği için, sinyal ışığı girişi geri geldiğinde enerji atlayacak ve bu da ışık dalgalanmasına neden olacaktır.
5. Optik dalgalanmaya çözüm, EDFA'da otomatik optik güç azaltma (APR) veya otomatik optik güç kapatma (APSD) işlevini gerçekleştirmektir, yani EDFA, giriş ışığı olmadığında gücü otomatik olarak azaltır veya otomatik olarak gücü kapatır, böylece dalgalanma olayının oluşumunu bastırır.
Uygulama modu
1. Güçlendirici Amplifikatör, güçlendirici dalgadan sonra birden fazla dalga boyundaki sinyallerin gücünü artırmak ve ardından iletmek için kullanılır. Güçlendirici dalgadan sonraki sinyal gücü genellikle büyük olduğundan, bir güç amplifikatörünün gürültü indeksi ve kazancı çok yüksek değildir. Nispeten yüksek bir çıkış gücüne sahiptir.
2. Güç amplifikatöründen sonra gelen hat amplifikatörü, hat iletim kaybını periyodik olarak telafi etmek için kullanılır ve genellikle nispeten küçük bir gürültü indeksi ve büyük bir çıkış optik gücü gerektirir.
3. Ön Amplifikatör: Ayırıcıdan önce ve hat amplifikatöründen sonra, sinyali yükseltmek ve alıcının hassasiyetini artırmak için kullanılır (optik sinyal-gürültü oranı (OSNR) gereksinimleri karşılıyorsa, daha yüksek giriş gücü alıcının kendi gürültüsünü bastırabilir ve alım hassasiyetini artırabilir) ve gürültü indeksi çok küçüktür. Çıkış gücü konusunda büyük bir gereklilik yoktur.
Gönderi zamanı: 17 Mart 2025