Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA)

Nguyên tắc làm việc cơ bản:
Cácbộ khuếch đại sợi pha tạp erbium (EDFA)là một phương tiện sử dụng các ion helium để đạt được chuyển đổi năng lượng. Cửa sổ khuếch đại năng lượng có cửa sổ bước sóng hoạt động là 1 550 nm và chiều rộng là 50 am, phù hợp với cửa sổ suy hao thấp của sợi quang. Cửa sổ phun năng lượng là 980 nm và 1 480 nm. Nói chung, một sợi ion pha tạp erbium được điều chế làm lõi khuếch đại EDFA, tức là môi trường hoạt động. Hệ thống khuếch đại là một hệ thống ba cấp độ laser, năng lượng ánh sáng 980 nm được đưa vào được hấp thụ bởi các ion helium đến mức năng lượng cao 4" và mức chuyển tiếp 4n của laser được chuyển đổi bởi dao động thư giãn. Do tuổi thọ cao của mức năng lượng, lượng tích lũy lớn Các hạt được kích hoạt, dự trữ một lượng năng lượng lớn, sau đó truyền bức xạ kích thích bằng đèn tín hiệu, thu được tín hiệu nhân có cùng tần số và cùng pha, và trả về các hạt về trạng thái cơ bản. Tiếng ồn gây ra trong quá trình khuếch đại là bức xạ tự phát ( Phát xạ tự phát khuếch đại (ASE), liên quan đến bước sóng của máy bơm. Nhìn chung, máy bơm laser 980 nm có hiệu suất thấp và ít tiếng ồn , trong khi laser 1 480 nm hiệu quả cao và ồn ào.Trong quá trình thiết kế, EDFA bộ khuếch đại tiền sợi quang nói chung sử dụng bơm 980 nm, EDFA tăng cường Booster ở đầu phát sử dụng phương pháp bơm hỗn hợp 980 nm và 1 480 nm và phương tiện được thiết kế đặc biệt theo yêu cầu DWDM cho bộ lọc cân bằng quang học. Màng lọc phẳng.
Cấu trúc cơ bản của bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium (FDFA):
Một EDFA điển hình bao gồm sợi pha tạp erbium, nguồn bơm, bộ ghép kênh phân chia bước sóng, bộ cách ly quang và bộ lọc quang. Sợi pha tạp erbium cung cấp khả năng khuếch đại, nguồn bơm cung cấp đủ công suất bơm và bộ ghép kênh phân chia bước sóng kết hợp đèn tín hiệu và đèn bơm vào sợi quang pha tạp erbium. Bộ cách ly quang đảm bảo truyền ánh sáng một chiều để ngăn phản xạ ánh sáng tạo thành dao động quang học và ánh sáng phản hồi gây nhiễu loạn trạng thái hoạt động của laser tín hiệu. Vai trò của bộ lọc quang là lọc nhiễu ASE trong bộ khuếch đại quang và cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của EDFA. Thông thường EDFA có ba dạng bơm: bơm đồng hướng, bơm đảo chiều và bơm hai chiều. Để đảm bảo rằng độ khuếch đại của EDFAâ là không đổi (nghĩa là bộ khuếch đại tuyến tính của bộ tiền khuếch đại và đường dây) hoặc công suất đầu ra không đổi (tức là bộ khuếch đại công suất bão hòa ở đầu truyền), cần phải thiết kế một mạch phụ trợ để theo dõi công suất đầu vào và đầu ra của EDFA, cũng như nguồn bơm. Tình trạng công việc được theo dõi và kiểm soát. Theo kết quả giám sát, các thông số làm việc của nguồn sáng bơm được điều chỉnh phù hợp để EDFA hoạt động ở trạng thái tối ưu. Ngoài ra, phần mạch phụ còn bao gồm các mạch phục vụ chức năng bảo vệ như tự động điều khiển nhiệt độ, tự động điều khiển công suất.
Hiệu suất cơ bản của bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium (EDFA):
Hiệu suất cơ bản của EDFA được phản ánh ở mức tăng, công suất đầu ra và tiếng ồn, cũng như băng thông và cân bằng.
1. Đặc tính khuếch đại Các đặc tính khuếch đại thể hiện khả năng khuếch đại của tỷ lệ giữa công suất đầu ra của bộ khuếch đại quang với công suất đầu vào. Nó liên quan đến các yếu tố khác nhau, thường được biểu thị bằng dB và hệ số khuếch đại thường được sử dụng là 15 đến 40 dB. Nói chung, mức tăng liên quan trực tiếp đến công suất bơm và cả chiều dài của sợi pha tạp erbium. Giá trị tốt nhất có thể được tìm thấy bằng thực nghiệm.
2. Đặc điểm công suất đầu ra Đối với một bộ khuếch đại quang tuyến tính lý tưởng, tín hiệu quang có thể được khuếch đại và đầu ra với cùng mức tăng bất kể công suất quang đầu vào. Để đảm bảo điều kiện này, thông thường chỉ khi một tín hiệu quang nhỏ được đưa vào, đầu ra của tín hiệu quang được khuếch đại đủ độ lợi mới không đủ để giảm số lượng hạt ở mức năng lượng của công suất bơm được bơm vào tia laser. Tuy nhiên, khi công suất quang đầu vào đủ lớn, công suất đầu vào không đủ để bù cho công suất đầu ra sau khi khuếch đại, do đó số lượng hạt đảo ngược bị bão hòa và giảm, do đó công suất quang đầu ra giảm, ảnh hưởng đến việc giảm của hệ số khuếch đại, nghĩa là độ bão hòa khuếch đại. , sao cho phần khuếch đại đi vào vùng bão hòa khuếch đại phi tuyến. Công suất đầu ra tối đa của EDFA thường được biểu thị bằng công suất đầu ra bão hòa 3 dB, tương ứng với công suất đầu ra khi mức tăng bão hòa giảm 3 dB, phản ánh khả năng đầu ra công suất tối đa của EDFA. Các đặc tính đầu ra bão hòa của EDFA có liên quan đến công suất bơm, chiều dài của sợi pha tạp erbium và cấu trúc. Công suất quang bơm càng cao thì công suất đầu ra bão hòa 3 dB càng lớn; chiều dài sợi pha tạp erbium càng dài thì công suất đầu ra bão hòa 3 dB càng lớn.
x