Amplificatoare cu fibră dopată cu erbiu (EDFA)

Amplificatoarele cu fibre dopate cu erbiu (EDFA) folosesc elemente din pământuri rare, cum ar fi erbiul (Er3+) ca mediu de amplificare.Este dopat în miezul fibrei în timpul procesului de fabricație.Constă dintr-o bucată scurtă de fibră (de obicei de 10 m sau cam asa ceva) făcută din sticlă în care se adaugă o cantitate mică controlată de erbiu ca dopant sub formă de ion (Er3+).Astfel, fibra de silice acționează ca mediu gazdă.Dopanții (erbiu) mai degrabă decât fibra de silice determină lungimea de undă de funcționare și lățimea de bandă de câștig.EDFA funcționează în general în regiunea cu lungimea de undă de 1550 nm și pot oferi capacități care depășesc 1 Tbps.Deci, ele sunt utilizate pe scară largă în sistemele WDM.

Principiul emisiei stimulate este aplicabil pentru mecanismul de amplificare al EDFA.Când dopantul (un ion de erbiu) se află într-o stare de înaltă energie, un foton incident al semnalului optic de intrare îl va stimula.Eliberează o parte din energia sa către dopant și revine la o stare de energie mai scăzută („emisia stimulată”) care este mai stabilă.Figura de mai jos prezintă structura de bază a unui EDFA.

1.1 Structura de bază a unui EDFA

Dioda laser cu pompă produce în mod normal un semnal optic de lungime de undă (fie la 980 nm, fie la 1480 nm) la putere mare (~ 10–200 mW).Acest semnal este cuplat cu semnalul de intrare de lumină în secțiunea dopată cu erbiu a fibrei de siliciu prin cuplajul WDM.Ionii de erbiu vor absorbi această energie de semnal al pompei și vor trece la starea lor excitată.O parte din semnalul luminos de ieșire este preluată și reintrodusă la intrarea laserului pompei prin filtrul optic și detector.Acesta servește ca mecanism de control al puterii de feedback, astfel încât EDFA-urile să fie amplificatoare cu autoreglare.Când toți electronii metastabili sunt consumați, nu mai are loc nicio amplificare.Prin urmare, sistemul se stabilizează automat, deoarece puterea optică de ieșire a EDFA rămâne aproape constantă, indiferent de fluctuația puterii de intrare, dacă există.

1.2 Schema funcțională simplificată a unui EDFA

Figura de mai sus prezintă schema funcțională simplificată a unui EDFA în care un semnal de pompă de la laser este adăugat la un semnal optic de intrare (la 1480 nm sau 980 nm) printr-un cuplaj WDM.

Această diagramă arată un amplificator EDF foarte simplu.Lungimea de undă a semnalului pompei (cu puterea pompei de aproximativ 50 mW) este de 1480 nm sau 980 nm.O parte din acest semnal de pompă este transferată la semnalul optic de intrare prin emisie stimulată pe o lungime scurtă a fibrei dopate cu Erbiu.Are un câștig optic tipic de aproximativ 5-15 dB și o cifră de zgomot mai mică de 10 dB.Pentru operarea la 1550 nm, este posibil să se obțină un câștig optic de 30–40 dB.

1.3 Realizarea practică a unui EDFA

Figura de mai sus ilustrează o funcționare simplificată a unui EDFA cu structura sa practică atunci când este utilizat în aplicația WDM.

După cum se arată, include următoarele părți majore:

• Un izolator la intrare.Acest lucru împiedică propagarea zgomotului generat de un EDFA către capătul emițătorului.

• Un cuplaj WDM.Combină semnalul de date de intrare optice de putere mică de 1550 nm cu semnalul optic de pompare de mare putere (de la sursa pompei, cum ar fi laserul) la o lungime de undă de 980 nm.

• O mică secțiune de fibră de silice dopată cu erbiu.De fapt, acesta servește drept mediu activ al EDFA.

• Un izolator la ieșire.Ajută la prevenirea oricărui semnal optic retroreflectat să intre în fibra de silice dopată cu erbiu.

Semnalul final de ieșire este un semnal de date optice amplificat cu lungimea de undă de 1550 nm cu un semnal de pompă rezidual cu lungimea de undă de 980 nm.

Tipuri de amplificatoare cu fibre dopate cu erbiu (EDFA)

Există două tipuri de structuri de amplificatoare cu fibre dopate cu erbiu (EDFA):

• EDFA cu pompă de co-propagare

• EDFA cu pompă de contrapropagare

Figura de mai jos prezintă pompe cu contrapropagare și aranjamente de pompe bidirecționale care pot fi utilizate în structurile EDFA.

Aranjamente diferite ale pompelor

O pompă de co-propagare EDFA are o putere optică de ieșire mai mică cu zgomot redus;în timp ce o pompă de contrapropagare EDFA oferă o putere optică de ieșire mai mare, dar produce și un zgomot mai mare.Într-un EDFA comercial tipic, se utilizează o pompă bidirecțională cu pompare simultană de co-propagare și contra-propagare, ceea ce are ca rezultat un câștig optic relativ uniform.

Aplicarea EDFA ca amplificator, în linie și pre-amplificator

Într-o aplicație pe distanță lungă a unei legături de comunicație cu fibră optică, EDFA-urile pot fi utilizate ca un amplificator de amplificare la ieșirea transmițătorului optic, un amplificator optic în linie împreună cu fibra optică, precum și ca un preamplificator chiar înainte de receptor, așa cum se arată în figura de mai sus.

Se poate remarca faptul că EDFA-urile în linie sunt plasate la o distanță de 20-100 km, în funcție de pierderea fibrei.Semnalul optic de intrare este la o lungime de undă de 1,55 μm, în timp ce laserele cu pompă funcționează la o lungime de undă de 1,48 μm sau 980 nm.Lungimea tipică a fibrei dopate cu erbiu este de 10-50 m.

Mecanismul de amplificare în EDFA

După cum sa menționat mai devreme, mecanismul de amplificare într-un EDFA se bazează pe o emisie stimulată similară cu cea a laserului.Energia mare din semnalul pompei optice (produs de un alt laser) excită ionii de erbiu dopanți (Er3+) într-o fibră de siliciu la starea superioară de energie.Semnalul de date optice de intrare stimulează tranziția ionilor de Erbiu excitați la starea de energie inferioară și are ca rezultat radiația de fotoni cu aceeași energie, adică aceeași lungime de undă ca cea a semnalului optic de intrare.

Diagrama nivelului de energie: Ionii liberi de erbiu prezintă niveluri discrete ale benzii de energie.Când ionii de erbiu sunt dopați într-o fibră de silice, fiecare dintre nivelurile lor de energie se împarte într-un număr de niveluri strâns legate, astfel încât să formeze o bandă de energie.

1.4 Mecanismul de amplificare în EDFA

Pentru a obține inversarea populației, ionii Er3+ sunt pompați la nivelul intermediar 2. În metoda indirectă (pompare la 980 nm), ionii Er3+ sunt mutați continuu de la nivelul 1 la nivelul 3. Este urmată de dezintegrare neradiativă la nivelul 2, de la nivelul 2. unde cad la nivelul 1, radiind semnalele optice la lungimea de undă dorită de 1500–1600 nm.Acesta este cunoscut sub numele de mecanism de amplificare pe 3 niveluri.

Pentru mai multe produse dopate cu Erbiu, vă rugăm să aruncați o privire pe site-ul nostru.

https://www.erbiumtechnology.com/erbium-laser-glasseye-safe-laser-glass/

E-mail:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Fax: +86-2887897578

Adăugați: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu,610107, China.