Bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ bằng sợi pha tạp erbium

Nguyên tắc làm việc

Sợi pha tạp Erbium là thành phần cốt lõi của các bộ khuếch đại PA, khuếch đại tín hiệu quang học bằng cách pha tạp Erbium nguyên tố đất hiếm (ER) vào lõi sợi. Các ion Erbium có cấu trúc mức năng lượng đặc biệt và khi bị kích thích bởi đèn bơm, chúng chuyển từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao. Khi ánh sáng tín hiệu đi qua sợi pha tạp Erbium, các ion Erbium năng lượng cao được kích thích để phát ra các photon có cùng pha, tần số và trạng thái phân cực như ánh sáng tín hiệu, do đó tăng cường cường độ của ánh sáng tín hiệu và đạt được khuếch đại.

Đèn bơm là nguồn sáng cung cấp năng lượng cho các ion erbium, thường sử dụng laser chất bán dẫn (như laser bước sóng 980nm hoặc 1480nm). Sau khi đèn bơm đi vào sợi pha tạp Erbium, nó tương tác với các ion erbium, khiến chúng chuyển sang mức năng lượng cao. Các ion Erbium năng lượng cao này tạo ra các photon giống hệt với ánh sáng tín hiệu thông qua phát xạ được kích thích, đạt được sự khuếch đại của ánh sáng tín hiệu. Cơ chế bơm này cho phép các bộ khuếch đại PA phát ra các tín hiệu quang lớn mà không trực tiếp chuyển đổi ánh sáng tín hiệu thành tín hiệu điện.

Để đảm bảo chất lượng của tín hiệu khuếch đại, các bộ khuếch đại PA làm giảm nhiễu bằng cách tối ưu hóa cấu trúc của các sợi pha tạp erbium, chọn các bước sóng và năng lượng của đèn bơm thích hợp và các biện pháp khác. Hình nhiễu được điều khiển ở mức ≤ 4,5dB để đảm bảo rằng bộ khuếch đại duy trì tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tốt trong khi khuếch đại tín hiệu, do đó cải thiện chất lượng tín hiệu.

Kịch bản ứng dụng

Trong các hệ thống truyền thông sợi quang, các bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ của sợi quang ERBIUM được sử dụng để bù cho việc mất tín hiệu quang trong các liên kết sợi quang, cải thiện khoảng cách truyền và khả năng của hệ thống truyền thông. Ví dụ, trong các hệ thống truyền thông cáp quang của tàu ngầm, bộ khuếch đại này có thể khôi phục hiệu quả cường độ tín hiệu quang suy giảm, đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của giao tiếp.

Trong các mạng cảm biến sợi quang, bộ khuếch đại này có thể khuếch đại đầu ra tín hiệu quang yếu bằng cảm biến, cải thiện độ chính xác đo của cảm biến. Ví dụ, trong các cảm biến nhiệt độ sợi quang, nó có thể khuếch đại sự thay đổi cường độ của các tín hiệu quang gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ, đảm bảo độ chính xác của đo nhiệt độ.

Trong các hệ thống laser sợi, các bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ pha tạp ERBIUM có thể được sử dụng để tăng công suất của các nguồn hạt laser, do đó thu được các đầu ra laser công suất cao hơn, có thể được sử dụng cho các ứng dụng như xử lý vật liệu và xử lý laser y tế.