تقویت کننده های فیبر دوپ شده با اربیوم (EDFA)

تقویت کننده های فیبر دوپ شده با اربیوم (EDFA) از عناصر کمیاب خاکی مانند اربیوم (Er3+) به عنوان محیط تقویت استفاده می کنند.در طول فرآیند تولید به هسته فیبر دوپینگ می شود.از یک تکه فیبر کوتاه (معمولاً 10 متر یا بیشتر) ساخته شده از شیشه تشکیل شده است که در آن مقدار کمی اربیوم کنترل شده به عنوان ماده ناخالصی به شکل یون (Er3+) اضافه می شود.بنابراین، فیبر سیلیکا به عنوان یک محیط میزبان عمل می کند.این ناخالصی ها (اربیوم) به جای فیبر سیلیسی هستند که طول موج عملیاتی و پهنای باند بهره را تعیین می کنند.EDFA ها عموماً در ناحیه طول موج 1550 نانومتر کار می کنند و می توانند ظرفیت های بیش از 1 ترابیت بر ثانیه را ارائه دهند.بنابراین، آنها به طور گسترده ای در سیستم های WDM استفاده می شوند.

اصل انتشار تحریک شده برای مکانیسم تقویت EDFA قابل اجرا است.هنگامی که ماده ناخالص (یون اربیوم) در حالت پرانرژی قرار دارد، یک فوتون فرودی از سیگنال نوری ورودی آن را تحریک می کند.مقداری از انرژی خود را به ماده ناخالص آزاد می کند و به حالت کم انرژی ("انتشار تحریک شده") که پایدارتر است باز می گردد.شکل زیر ساختار اصلی یک EDFA را نشان می دهد.

1.1 ساختار اساسی یک EDFA

دیود لیزر پمپ معمولاً یک سیگنال نوری با طول موج (در 980 نانومتر یا 1480 نانومتر) در توان بالا (~ 10-200 مگاوات) تولید می کند.این سیگنال با سیگنال ورودی نور در بخش اربیوم دوپ شده فیبر سیلیس از طریق کوپلر WDM همراه می شود.یون های اربیوم این انرژی سیگنال پمپ را جذب کرده و به حالت برانگیخته خود می پرند.بخشی از سیگنال نور خروجی در ورودی لیزر پمپ از طریق فیلتر نوری و آشکارساز ضربه زده و برگشت داده می شود.این به عنوان مکانیزم کنترل توان بازخورد عمل می کند تا EDFA ها را به عنوان تقویت کننده های خود تنظیم شونده تبدیل کند.هنگامی که تمام الکترون‌های ناپایدار مصرف می‌شوند، دیگر تقویت نمی‌شود.بنابراین، سیستم به طور خودکار تثبیت می شود زیرا توان نوری خروجی EDFA بدون توجه به نوسانات توان ورودی، در صورت وجود، تقریباً ثابت می ماند.

1.2 شماتیک عملکردی ساده شده یک EDFA

شکل بالا شماتیک عملکردی ساده شده یک EDFA را نشان می دهد که در آن یک سیگنال پمپ از لیزر به سیگنال نوری ورودی (در 1480 نانومتر یا 980 نانومتر) از طریق یک کوپلر WDM اضافه می شود.

این نمودار یک تقویت کننده EDF بسیار ابتدایی را نشان می دهد.طول موج سیگنال پمپ (با قدرت پمپ حدود 50 مگاوات) 1480 نانومتر یا 980 نانومتر است.بخشی از این سیگنال پمپ با انتشار تحریک شده در طول کوتاهی از فیبر دوپ شده با اربیوم به سیگنال نوری ورودی منتقل می شود.دارای بهره نوری معمولی در حدود 5-15 دسی بل و نویز کمتر از 10 دسی بل است.برای عملکرد 1550 نانومتر، می توان بهره نوری 30-40 دسی بل را به دست آورد.

1.3 تحقق عملی یک EDFA

شکل بالا یک عملیات ساده شده از یک EDFA را با ساختار عملی آن هنگام استفاده در برنامه WDM نشان می دهد.

همانطور که نشان داده شده است، شامل بخش های اصلی زیر است:

• یک جداکننده در ورودی.این امر باعث می شود نویز تولید شده توسط EDFA به سمت انتهای فرستنده پخش نشود.

• یک کوپلر WDM.این سیگنال داده ورودی نوری 1550 نانومتر کم مصرف را با سیگنال نوری پمپاژ پرقدرت (از منبع پمپ مانند لیزر) در طول موج 980 نانومتر ترکیب می کند.

• بخش کوچکی از فیبر سیلیس دوپ شده با اربیوم.در واقع، این به عنوان رسانه فعال EDFA عمل می کند.

• یک جداکننده در خروجیاین کمک می کند تا از ورود هر گونه سیگنال نوری منعکس شده به عقب به فیبر سیلیسی دوپ شده با اربیوم جلوگیری شود.

سیگنال خروجی نهایی یک سیگنال داده نوری با طول موج 1550 نانومتر تقویت شده با سیگنال پمپ با طول موج 980 نانومتر است.

انواع تقویت کننده های فیبر دوپ شده با اربیوم (EDFA)

دو نوع ساختار تقویت کننده فیبر دوپ شده اربیوم (EDFA) وجود دارد:

• EDFA با پمپ تکثیر کننده

• EDFA با پمپ ضد تکثیر

شکل زیر آرایش پمپ ضد انتشار و پمپ دو طرفه را نشان می دهد که می تواند در سازه های EDFA استفاده شود.

ترتیبات مختلف پمپ

یک پمپ مشترک EDFA دارای قدرت نوری خروجی کمتر با نویز کم است.در حالی که یک پمپ ضد انتشار EDFA قدرت نوری خروجی بالاتری را ارائه می دهد اما نویز بیشتری نیز تولید می کند.در یک EDFA تجاری معمولی، از یک پمپ دو جهته با پمپاژ همزمان و ضد انتشار استفاده می شود که منجر به بهره نوری نسبتاً یکنواخت می شود.

استفاده از EDFA به عنوان تقویت کننده، درون خطی و پیش تقویت کننده

در یک کاربرد طولانی مدت از یک پیوند ارتباطی فیبر نوری، EDFAها می توانند به عنوان تقویت کننده تقویت کننده در خروجی فرستنده نوری، تقویت کننده نوری درون خطی همراه با فیبر نوری و همچنین یک تقویت کننده پیش تقویت کننده درست قبل از گیرنده، همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است.

ممکن است توجه داشته باشید که EDFA های درون خطی بسته به اتلاف فیبر در فاصله 20 تا 100 کیلومتری از هم قرار می گیرند.سیگنال ورودی نوری در طول موج 1.55 میکرومتر است، در حالی که لیزرهای پمپ در طول موج 1.48 میکرومتر یا 980 نانومتر کار می کنند.طول معمولی فیبر دوپ شده با اربیوم 10 تا 50 متر است.

مکانیسم تقویت در EDFA

همانطور که قبلا گفته شد، مکانیسم تقویت در یک EDFA بر اساس انتشار تحریک شده مشابه با لیزر است.انرژی بالا از سیگنال پمپ نوری (تولید شده توسط لیزر دیگر) یون های اربیوم ناخالص (Er3+) را در یک فیبر سیلیس در حالت انرژی بالایی تحریک می کند.سیگنال داده های نوری ورودی انتقال یون های اربیوم برانگیخته شده را به حالت انرژی پایین تر تحریک می کند و منجر به تابش فوتون هایی با همان انرژی، یعنی همان طول موج سیگنال نوری ورودی می شود.

نمودار سطح انرژی: یون های اربیوم آزاد سطوح گسسته ای از باند انرژی را نشان می دهند.هنگامی که یون‌های اربیوم به فیبر سیلیکا دوپ می‌شوند، هر یک از سطوح انرژی آن‌ها به تعدادی از سطوح نزدیک به هم تقسیم می‌شوند تا یک نوار انرژی تشکیل دهند.

1.4 مکانیسم تقویت در EDFA

برای دستیابی به وارونگی جمعیت، یون‌های Er3+ در سطح متوسط ​​2 پمپ می‌شوند. در روش غیرمستقیم (پمپ‌زنی 980 نانومتری)، یون‌های Er3+ به‌طور پیوسته از سطح 1 به سطح 3 منتقل می‌شوند. به دنبال آن واپاشی غیر تشعشعی به سطح 2، از جایی که آنها به سطح 1 سقوط می کنند و سیگنال های نوری را در طول موج مورد نظر 1500-1600 نانومتر تابش می کنند.این به عنوان مکانیسم تقویت 3 سطح شناخته می شود.

برای محصولات بیشتر دوپ شده با اربیوم، لطفاً به وب سایت ما نگاهی بیندازید.

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

پست الکترونیک:devin@erbiumtechnology.com

واتس اپ: +86-18113047438

فکس: +86-2887897578

اضافه کنید: شماره 23، جاده چائویانگ، خیابان Xihe، منطقه Longquanyi، چنگدو، 610107، چین.