Принципі және қолданылуыEDFA эрбиймен легирленген талшықты күшейткіш
Негізгі құрылымыEDFAэрбиймен легирленген талшықты күшейткіш, ол негізінен белсенді ортадан (ұзындығы ондаған метр легирленген кварц талшығы, өзек диаметрі 3-5 микрон, легирлеу концентрациясы (25-1000)x10-6), сорғы жарық көзінен (990 немесе 1480 нм LD), оптикалық муфтадан және оптикалық оқшаулағыштан тұрады. Сигнал жарығы мен сорғы жарығы эрбий 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 уақытта енгізілгенде, эрбий ионы сорғы жарығының әсерінен жоғары энергия деңгейіне (үш деңгейлі жүйе) дейін қозып, көп ұзамай метастабильді деңгейге дейін ыдырайды. Түскен сигнал жарығының әсерінен негізгі күйге оралғанда, сигнал жарығына сәйкес келетін фотон шығарылады, осылайша сигнал күшейтіледі. Оның күшейтілген өздігінен шығарылатын сәулелену (ASE) спектрі үлкен өткізу қабілеттілігіне ие (20-40 нм дейін) және сәйкесінше 1530 нм және 1550 нм-ге сәйкес келетін екі шыңға ие.
Негізгі артықшылықтарыEDFA күшейткішіжоғары күшейту, үлкен өткізу қабілеттілігі, жоғары шығыс қуаты, жоғары айдау тиімділігі, төмен енгізу шығыны және поляризация күйлеріне сезімталдықтың болмауы.
Эрбиймен легирленген талшықты күшейткіштің жұмыс принципі
Эрбиймен легирленген талшықты күшейткіш (EDFA оптикалық күшейткіші） негізінен эрбиймен легирленген талшықтан (ұзындығы шамамен 10-30 м) және сорғы жарық көзінен тұрады. Жұмыс принципі бойынша, эрбиймен легирленген талшық айдалатын жарық көзінің (толқын ұзындығы 980 нм немесе 1480 нм) әсерінен ынталандырылған сәулеленуді тудырады, ал сәулеленетін жарық кіріс жарық сигналының өзгеруімен өзгереді, бұл кіріс жарық сигналының күшеюіне тең. Нәтижелер эрбиймен легирленген талшықты күшейткіштің күшейту коэффициенті әдетте 15-40 дБ болатынын және реле қашықтығын 100 км-ден астамға арттыруға болатынын көрсетеді. Сондықтан адамдар сұрақ қоймай тұра алмайды: ғалымдар жарық толқындарының қарқындылығын арттыру үшін талшықты күшейткіште легирленген эрбийді неге пайдалануды ойлады? Біз эрбийдің сирек кездесетін жер элементі екенін және сирек кездесетін жер элементтерінің өзіндік құрылымдық сипаттамалары бар екенін білеміз. Оптикалық құрылғыларда сирек кездесетін жер элементтерін легирлеу оптикалық құрылғылардың жұмысын жақсарту үшін ұзақ уақыт бойы қолданылып келеді, сондықтан бұл кездейсоқ фактор емес. Сонымен қатар, сорғы жарық көзінің толқын ұзындығы неге 980 нм немесе 1480 нм болып 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 көзінің лазерлік тиімділігінің толқын ұзындығы ең жоғары екенін, одан кейін 980 нм сорғы жарық көзінің толқын ұзындығы ең жоғары екенін дәлелдеді.
Физикалық құрылым
Эрбиймен легирленген талшықты күшейткіштің (EDFA оптикалық күшейткіш) негізгі құрылымы. Кіріс және шығыс ұштарында оқшаулағыш бар, мақсаты оптикалық сигналды бір жақты беруді қамтамасыз ету. Сорғы қоздырғышының толқын ұзындығы 980 нм немесе 1480 нм және энергия беру үшін қолданылады. Жалғастырғыштың функциясы кіріс оптикалық сигналы мен сорғы жарығын эрбиймен легирленген талшыққа қосу және сорғы жарығының энергиясын эрбиймен легирленген талшықтың әсері арқылы кіріс оптикалық сигналына беру, осылайша кіріс оптикалық сигналының энергиясын күшейтуді жүзеге асыру. Жоғары шығыс оптикалық қуатын және төмен шу индексін алу үшін іс жүзінде қолданылатын эрбиймен легирленген талшықты күшейткіш бір-бірін оқшаулау үшін ортасында оқшаулағыштары бар екі немесе одан да көп сорғы көздерінің құрылымын қабылдайды. Кеңірек және тегіс күшейту қисығын алу үшін күшейтуді тегістеу сүзгісі қосылады.
EDFA бес негізгі бөліктен тұрады: эрбиймен легирленген талшық (EDF), оптикалық муфта (WDM), оптикалық оқшаулағыш (ISO), оптикалық сүзгі және сорғы көзі. Жиі қолданылатын сорғы көздеріне 980 нм және 1480 нм жатады, және бұл екі сорғы көзі жоғары сорғы тиімділігіне ие және көбірек қолданылады. 980 нм сорғы жарық көзінің шу коэффициенті төмен; 1480 нм сорғы жарық көзі жоғары сорғы тиімділігіне ие және үлкен шығыс қуатын ала алады (980 нм сорғы жарық көзінен шамамен 3 дБ жоғары).
артықшылық
1. Жұмыс толқын ұзындығы бір режимді талшықты оптикалық талшықтың минималды әлсіреу терезесіне сәйкес келеді.
2. Жоғары байланыс тиімділігі. Талшықты күшейткіш болғандықтан, оны беру талшығымен оңай байланыстыруға болады.
3. Энергияны түрлендірудің жоғары тиімділігі. EDF өзегі беріліс талшығына қарағанда кішірек, ал сигнал жарығы мен сорғы жарығы EDF-те бір уақытта беріледі, сондықтан оптикалық сыйымдылық өте шоғырланған. Бұл жарық пен күшейту ортасы Er ионының өзара әрекеттесуін өте толық етеді, эрбиймен легирленген талшықтың тиісті ұзындығымен үйлеседі, сондықтан жарық энергиясын түрлендіру тиімділігі жоғары.
4. Жоғары күшейту, төмен шу индексі, үлкен шығыс қуаты, арналар арасындағы төмен айқаспалы байланыс.
5. Тұрақты күшейту сипаттамалары: EDFA температураға сезімтал емес, және күшейтудің поляризациямен корреляциясы аз.
6. Күшейту функциясы жүйелік бит жылдамдығы мен деректер пішіміне тәуелсіз.
кемшілік
1. Сызықтық емес әсер: EDFA талшыққа енгізілетін оптикалық қуатты арттыру арқылы оптикалық қуатты күшейтеді, бірақ неғұрлым үлкен болса, соғұрлым жақсы. Оптикалық қуат белгілі бір дәрежеде арттырылған кезде, оптикалық талшықтың сызықтық емес әсері пайда болады. Сондықтан, оптикалық талшықты күшейткіштерді пайдаланған кезде, бір арналы кіріс талшықты-оптикалық қуатты басқару мәніне назар аудару керек.
2. Күшейту толқын ұзындығының диапазоны бекітілген: C-диапазонды EDFA жұмыс толқын ұзындығының диапазоны 1530 нм ~ 1561 нм; L-диапазонды EDFA жұмыс толқын ұзындығының диапазоны 1565 нм ~ 1625 нм.
3. Біркелкі емес күшейту өткізу қабілеті: EDFA эрбиймен легирленген талшықты күшейткіштің күшейту өткізу қабілеті өте кең, бірақ EDF күшейту спектрінің өзі тегіс емес. WDM жүйесіндегі күшейтуді тегістеу үшін күшейтуді тегістеу сүзгісін қолдану қажет.
4. Жарықтың толқындық мәселесі: Жарық жолы қалыпты болған кезде, сорғы шамымен қоздырылған эрбий иондары сигнал шамымен алып кетеді, осылайша сигнал шамының күшейтілуі аяқталады. Егер кіріс шамы қысқартылса, себебі метастабильді эрбий иондары жинала береді, сигнал шамының кірісі қалпына келтірілгеннен кейін энергия секіріп, жарық толқындық пайда болады.
5. Оптикалық кернеудің шешімі - EDFA-да автоматты оптикалық қуатты азайту (APR) немесе автоматты оптикалық қуатты өшіру (APSD) функциясын жүзеге асыру, яғни EDFA кіріс шамы болмаған кезде қуатты автоматты түрде азайтады немесе қуатты автоматты түрде өшіреді, осылайша кернеу құбылысының пайда болуын басады.
Қолданба режимі
1. Күшейткіш күшейткіш күшейткіш толқыннан кейін бірнеше толқын ұзындығы сигналдарының қуатын арттыру және оларды беру үшін қолданылады. Күшейткіш толқыннан кейінгі сигнал қуаты әдетте үлкен болғандықтан, қуат күшейткішінің шу индексі мен күшейту коэффициенті өте жоғары емес. Шығу қуаты салыстырмалы түрде үлкен.
2. Қуатты күшейткіштен кейін желілік күшейткіш желілік беріліс шығынын мерзімді түрде өтеу үшін қолданылады, әдетте салыстырмалы түрде аз шу индексін және үлкен шығыс оптикалық қуатын қажет етеді.
3. Алдын ала күшейткіш: Бөлгіштің алдында және желілік күшейткіштен кейін сигналды күшейту және қабылдағыштың сезімталдығын жақсарту үшін қолданылады (оптикалық сигнал-шу қатынасы (OSNR) талаптарға сай болған жағдайда, үлкен кіріс қуаты қабылдағыштың шуын басып, қабылдау сезімталдығын жақсарта алады), ал шу индексі өте аз. Шығыс қуатына үлкен талаптар қойылмайды.
Жарияланған уақыты: 17 наурыз 2025 ж.