EDFA эрбий қосылған талшықты күшейткіштің принципі және қолданылуы

Принципі және қолданылуыEDFA эрбий қосылған талшықты күшейткіш

Негізгі құрылымыEDFAнегізінен белсенді ортадан (ұзындығы ондаған метр легирленген кварц талшығы, өзек диаметрі 3-5 мкм, қоспалау концентрациясы (25-1000)x10-6), сорғы жарық көзі (990 немесе 1480нм LD), оптикалық қосқыш пен оптикалық изолятордан тұратын эрбий қосылған талшықты күшейткіш. Сигнал жарығы мен сорғы жарығы эрбиум талшығында бір бағытта (бірлесіп айдау), қарама-қарсы бағытта (кері айдау) немесе екі бағытта да (екі бағытты айдау) таралуы мүмкін. Сигнал жарығы мен сорғы жарығы эрбий талшығына бір мезгілде енгізілгенде, сорғы жарығы әсерінен эрбий ионы жоғары энергетикалық деңгейге (үш деңгейлі жүйе) қозып, көп ұзамай метатұрақты деңгейге дейін ыдырайды. Түскен сигнал шамының әсерінен ол негізгі күйге оралғанда сигнал жарығына сәйкес фотон шығады, осылайша сигнал күшейеді. Оның күшейтілген өздігінен сәулелену (ASE) спектрі үлкен өткізу қабілеттілігіне ие (20-40 нм-ге дейін) және сәйкесінше 1530 нм және 1550 нм-ге сәйкес келетін екі шыңы бар.

негізгі артықшылықтарыEDFA күшейткішіжоғары күшейту, үлкен өткізу қабілеттілігі, жоғары шығу қуаты, жоғары айдау тиімділігі, кірістіру жоғалуы төмен және поляризация күйлеріне сезімталдық.

Эрбий қосылған талшықты күшейткіштің жұмыс принципі

Эрбиум қосылған талшықты күшейткіш（EDFA оптикалық күшейткіш） негізінен эрбий қосылған талшықтан (ұзындығы шамамен 10-30 м) және сорғы жарық көзінен тұрады. Жұмыс принципі: эрбий қосылған талшық айдалатын жарық көзінің (толқын ұзындығы 980 нм немесе 1480 нм) әсерінен ынталандырылған сәулеленуді тудырады, ал сәулеленген жарық кіріс жарық сигналының өзгеруімен өзгереді, бұл кіріс жарық сигналын күшейтуге тең. Нәтижелер эрбиум қосылған талшықты күшейткіштің күшеюі әдетте 15-40 дб болатынын және релелік қашықтықты 100 км-ден астам арттыруға болатынын көрсетеді. Сонымен, адамдар сұрақ қоюдан бас тарта алмайды: ғалымдар жарық толқындарының қарқындылығын арттыру үшін талшықты күшейткіште легирленген эрбийді қолдануды неге ойлады? Эрбидің сирек жер элементі екенін білеміз, сирек жер элементтерінің ерекше құрылымдық сипаттамалары бар. Оптикалық құрылғылардағы сирек жер элементтерін қоспалау оптикалық құрылғылардың жұмысын жақсарту үшін ұзақ уақыт бойы қолданылған, сондықтан бұл кездейсоқ фактор емес. Сонымен қатар, неге сорғы жарық көзінің толқын ұзындығы 980 нм немесе 1480 нм таңдалады? Шын мәнінде, сорғы жарық көзінің толқын ұзындығы 520 нм, 650 нм, 980 нм және 1480 нм болуы мүмкін, бірақ тәжірибе 1480 нм сорғы жарық көзі лазерінің тиімділігі толқын ұзындығы ең жоғары екенін, содан кейін 980 нм сорғы жарық көзінің толқын ұзындығы екенін дәлелдеді.

Физикалық құрылымы

Эрбий қосылған талшықты күшейткіштің негізгі құрылымы（EDFA оптикалық күшейткіш）. Кіріс және шығыс ұшында оқшаулағыш бар, мақсаты оптикалық сигналдың бір жақты берілуін қамтамасыз ету. Сорғы қоздырғышының толқын ұзындығы 980 нм немесе 1480 нм және энергиямен қамтамасыз ету үшін пайдаланылады. Іліністің функциясы кіріс оптикалық сигналы мен сорғы жарығын эрбий қосылған талшыққа қосу және сорғы жарығының энергиясын эрбий қосылған талшықтың әрекеті арқылы кіріс оптикалық сигналына беру, осылайша кіріс оптикалық сигналының энергиясын күшейту. Жоғары шығыс оптикалық қуат пен төмен шу индексін алу үшін тәжірибеде қолданылатын Эрбиум қосылған талшықты күшейткіш бір-бірін оқшаулау үшін ортасында изоляторлары бар екі немесе одан да көп сорғы көздерінің құрылымын қабылдайды. Кеңірек және тегіс күшейту қисығын алу үшін күшейтуді тегістейтін фильтр қосылады.

EDFA бес негізгі бөліктен тұрады: эрбий қосылған талшық (EDF), оптикалық қосқыш (WDM), оптикалық изолятор (ISO), оптикалық сүзгі және сорғымен қамтамасыз ету. Жиі қолданылатын сорғы көздеріне 980 нм және 1480 нм кіреді және бұл екі сорғы көздері сорғы тиімділігі жоғары және көбірек пайдаланылады. 980нм сорғы жарық көзінің шу коэффициенті төмен; 1480нм сорғы жарық көзі сорғы тиімділігі жоғары және үлкен шығыс қуатын ала алады (980нм сорғы жарық көзінен шамамен 3дБ жоғары).

артықшылығы

1. Жұмыс толқынының ұзындығы бір режимді талшықтың ең аз әлсіреу терезесіне сәйкес келеді.

2. Қосылу тиімділігі жоғары. Бұл талшықты күшейткіш болғандықтан, оны трансмиссиялық талшықпен біріктіру оңай.

3. Энергияны түрлендірудің жоғары тиімділігі. EDF өзегі трансмиссиялық талшыққа қарағанда кішірек, ал сигнал жарығы мен сорғы жарығы ЭСҚ-да бір уақытта беріледі, сондықтан оптикалық сыйымдылық өте шоғырланған. Бұл жарық пен күшейту ортасы Er ионының өзара әрекеттесуін эрбий қосылған талшықтың сәйкес ұзындығымен қоса өте толық етеді, сондықтан жарық энергиясының түрлендіру тиімділігі жоғары.

4. Жоғары күшейту, төмен шу индексі, үлкен шығыс қуаты, арналар арасындағы төмен айқас.

5. Тұрақты күшейту сипаттамалары: EDFA температураға сезімтал емес, ал күшейтудің поляризациямен корреляциясы аз.

6. Пайда мүмкіндігі жүйенің бит жылдамдығына және деректер пішіміне тәуелсіз.

кемшілік

1. Сызықты емес әсер: EDFA талшыққа енгізілген оптикалық қуатты арттыру арқылы оптикалық қуатты күшейтеді, бірақ неғұрлым үлкен болса, соғұрлым жақсы. Оптикалық қуат белгілі бір дәрежеде жоғарылағанда, оптикалық талшықтың сызықты емес әсері пайда болады. Сондықтан оптикалық талшықты күшейткіштерді пайдаланған кезде бір арналы кіріс талшықты-оптикалық қуатты басқару мәніне назар аудару керек.

2. Толқын ұзындығының күшейту диапазоны бекітілген: C-диапазонының EDFA жұмыс толқын ұзындығы диапазоны 1530нм~1561нм; L-диапазондағы EDFA жұмыс толқын ұзындығы диапазоны 1565нм~1625нм.

3. Біркелкі емес күшейту жолағы: EDFA эрбиум қосылған талшықты күшейткіштің күшейту жолағы өте кең, бірақ EDF күшейту спектрінің өзі тегіс емес. WDM жүйесіндегі күшейтуді тегістеу үшін күшейтуді тегістейтін сүзгіні қабылдау керек.

4. Жарық кернеуінің ақаулығы: Жарық жолы қалыпты болғанда, сорғы жарығымен қоздырылған эрбиум иондары сигнал жарығымен тасымалданады, осылайша сигнал жарығын күшейту аяқталады. Кіріс жарығы кесілсе, метастабилді эрбиум иондары жинала береді, сигнал шамының кірісі қалпына келтірілгеннен кейін энергия секіреді, нәтижесінде жарық толқыны пайда болады.

5. Оптикалық кернеудің шешімі EDFA жүйесінде автоматты оптикалық қуатты азайту (APR) немесе автоматты оптикалық қуатты өшіру (APSD) функциясын жүзеге асыру болып табылады, яғни EDFA қуатты автоматты түрде азайтады немесе кіріс жарығы болмаған кезде қуатты автоматты түрде өшіреді, осылайша асқын кернеу құбылысының пайда болуын басады.

Қолдану режимі

1. Күшейткіш күшейткіш күшейткіш толқыннан кейін бірнеше толқын ұзындығы сигналдарының қуатын арттыру, содан кейін оларды жіберу үшін пайдаланылады. Күшейткіш толқыннан кейінгі сигнал қуаты әдетте үлкен болғандықтан, қуат күшейткішінің шу индексі мен күшейту деңгейі өте жоғары емес. Салыстырмалы түрде үлкен шығыс қуаты бар.

2. Қуат күшейткішінен кейін желілік күшейткіш, әдетте салыстырмалы түрде шағын шу индексі мен үлкен шығыс оптикалық қуатын қажет ететін желі беру жоғалуын мерзімді түрде өтеу үшін пайдаланылады.

3. Алдын ала күшейткіш: Бөлгішке дейін және желілік күшейткіштен кейін ол сигналды күшейту және қабылдағыштың сезімталдығын жақсарту үшін пайдаланылады (оптикалық сигнал-шуыл қатынасы (OSNR) талаптарға сай болған жағдайда, үлкен кіріс қуаты қабылдағыштың шуын басады және қабылдаудың сезімталдығын жақсартады). Шығу қуатына үлкен талап жоқ.