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 kuplörden ve optik izolatörden oluşur. Sinyal ışığı ve pompa ışığı, erbiyum fiber içinde aynı yönde (eş pompalama), zıt yönde (ters pompalama) veya her iki yönde (çift yönlü pompalama) ilerleyebilir. Sinyal ışığı ve pompa ışığı aynı anda erbiyum fibere enjekte edildiğinde, erbiyum iyonu pompa ışığının etkisiyle yüksek enerji seviyesine (üç seviyeli sistem) uyarılır ve kısa süre sonra kararsız seviyeye düşer. Gelen sinyal ışığının etkisiyle temel duruma geri döndüğünde, sinyal ışığına karşılık gelen foton yayılır ve böylece sinyal yükseltilir. Yükseltilmiş 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 noktası içerir.
Başlıca avantajları şunlardır:EDFA amplifikatörüYüksek kazanç, geniş bant genişliği, yüksek çıkış gücü, yüksek pompalama verimliliği, düşük ekleme kaybı ve polarizasyon durumlarına duyarsızlık gibi özelliklere sahiptir.
Erbiyum katkılı fiber amplifikatörün çalışma prensibi
Erbiyum katkılı fiber amplifikatör (EDFA Optik AmplifikatörErbiyum katkılı fiber amplifikatör esas olarak erbiyum katkılı bir fiberden (yaklaşık 10-30 m uzunluğunda) ve bir pompa ışık kaynağından oluşur. Çalışma prensibi, erbiyum katkılı fiberin pompa ışık kaynağının (980 nm veya 1480 nm dalga boyu) etkisi altında uyarılmış radyasyon üretmesi ve yayılan ışığın giriş ışık sinyalinin değişimiyle 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. Bu nedenle, insanların sormadan edemediği soru şudur: Bilim insanları neden ışık dalgalarının yoğunluğunu artırmak için fiber amplifikatörde katkılı erbiyum kullanmayı düşündüler? Erbiyumun nadir toprak elementi olduğunu ve nadir toprak elementlerinin özel yapısal özelliklere sahip olduğunu biliyoruz. Optik cihazların performansını iyileştirmek için optik cihazlarda nadir toprak elementlerinin katkılanması uzun zamandır kullanılmaktadır, bu nedenle bu tesadüfi bir faktör değildir. Ayrıca, pompa ışık kaynağının dalga boyu neden 980nm veya 1480nm olarak seçiliyor? Aslında, pompa ışık kaynağının dalga boyu 520nm, 650nm, 980nm ve 1480nm olabilir, ancak pratikte 1480nm dalga boyundaki pompa ışık kaynağının lazer verimliliğinin en yüksek olduğu, ardından 980nm dalga boyundaki pompa ışık kaynağının geldiği kanıtlanmıştır.
Fiziksel yapı
Erbiyum katkılı fiber amplifikatörün (EDFA Optik Amplifikatör) temel yapısı. Giriş ve çıkış uçlarında birer izolatör bulunur; amaç optik sinyalin tek yönlü iletimini sağlamaktır. Pompa uyarıcısı 980nm veya 1480nm dalga boyuna sahiptir ve enerji sağlamak için kullanılır. Kuplörün işlevi, giriş optik sinyalini ve pompa ışığını erbiyum katkılı fibere bağlamak ve pompa ışığının enerjisini erbiyum katkılı fiberin etkisiyle giriş optik sinyaline aktarmaktır; böylece giriş optik sinyalinin enerji yükseltmesi gerçekleştirilir. 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 kaynağı 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 kuplör (WDM), optik izolatör (ISO), optik filtre ve pompalama kaynağı. Yaygın olarak kullanılan pompalama kaynakları arasında 980nm ve 1480nm bulunur ve bu iki pompalama kaynağı daha yüksek pompalama verimliliğine sahip olduğundan daha çok kullanılır. 980nm pompalama ışık kaynağının gürültü katsayısı daha düşüktür; 1480nm pompalama ışık kaynağı daha yüksek pompalama verimliliğine sahiptir ve daha büyük çıkış gücü elde edilebilir (980nm pompalama ışık kaynağına göre yaklaşık 3dB daha yüksek).
avantaj
1. Çalışma dalga boyu, tek modlu fiberin minimum zayıflama aralığıyla uyumludur.
2. Yüksek bağlantı verimliliği. Fiber optik amplifikatör olduğu için iletim fiberiyle kolayca bağlantı kurulur.
3. Yüksek enerji dönüşüm verimliliği. EDF'nin çekirdeği iletim fiberinden daha küçüktür ve sinyal ışığı ile pompa ışığı EDF'de eş zamanlı olarak iletilir, bu nedenle optik kapasite çok yoğundur. Bu, ışık ile kazanç ortamı Er iyonu arasındaki etkileşimi çok yoğun hale getirir ve uygun uzunluktaki erbiyum katkılı fiber ile birleştiğinde, ışık enerjisinin dönüşüm verimliliği yüksektir.
4. Yüksek kazanç, düşük gürültü indeksi, yüksek çıkış gücü, kanallar arasında düşük karışma.
5. Kararlı kazanç özellikleri: EDFA sıcaklığa duyarlı değildir ve kazanç ile polarizasyon arasında çok az ilişki vardır.
6. Kazanç özelliği, sistem bit hızından ve veri formatından bağımsızdır.
eksiklik
1. Doğrusal Olmayan Etki: EDFA, fibere enjekte edilen optik gücü artırarak optik gücü yükseltir, ancak ne kadar büyük olursa o kadar iyidir. Optik güç belirli bir seviyeye kadar arttırıldığında, 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-band EDFA'nın çalışma dalga boyu aralığı 1530nm~1561nm; L-band EDFA'nın çalışma dalga boyu aralığı ise 1565nm~1625nm'dir.
3. Düzensiz kazanç bant genişliği: EDFA erbiyum katkılı fiber amplifikatörün kazanç bant genişliği çok geniştir, ancak EDF'nin kendi kazanç spektrumu düz değildir. WDM sisteminde kazancı düzleştirmek için kazanç düzleştirme filtresi kullanılmalıdır.
4. Işık dalgalanması sorunu: Işık yolu normal olduğunda, pompa ışığı tarafından uyarılmış erbiyum iyonları sinyal ışığı tarafından taşınır ve böylece sinyal ışığının yükseltilmesi tamamlanır. Giriş ışığı kesilirse, kararsız erbiyum iyonları birikmeye devam ettiği için, sinyal ışığı girişi yeniden sağlandığında enerji sıçraması meydana gelir ve bu da ışık dalgalanmasına neden olur.
5. Optik dalgalanmanın çözümü, EDFA'da otomatik optik güç azaltma (APR) veya otomatik optik güç kapatma (APSD) fonksiyonunun gerçekleştirilmesidir; yani, EDFA giriş ışığı olmadığında gücü otomatik olarak azaltır veya otomatik olarak kapatır, böylece dalgalanma olayının oluşması engellenir.
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, güç amplifikatörünün gürültü indeksi ve kazancı çok yüksek değildir. Nispeten büyük çıkış gücüne sahiptir.
2. Güç yükselticisinden sonra gelen hat yükselticisi, hat iletim kayıplarını periyodik olarak telafi etmek için kullanılır ve genellikle nispeten düşük bir gürültü indeksi ve yüksek bir çıkış optik gücü gerektirir.
3. Ön Yükseltici: Ayırıcıdan önce ve hat yükselticisinden sonra kullanılır; sinyali yükseltmek ve alıcının hassasiyetini artırmak için kullanılır (optik sinyal-gürültü oranı (OSNR) gereksinimleri karşılıyorsa, daha büyük giriş gücü alıcının kendi gürültüsünü bastırabilir ve alım hassasiyetini artırabilir) ve gürültü indeksi çok küçüktür. Çıkış gücü konusunda büyük bir gereksinim yoktur.
Yayın tarihi: 17 Mart 2025