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Amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA)

2021-03-19
Principio de funcionamiento básico:
losamplificador de fibra dopada con erbio (EDFA)es un medio que utiliza iones de helio para lograr la conversión de energía. La ventana de amplificación de energía tiene una ventana de longitud de onda operativa de 1 550 nm y un ancho de 50 am, que es consistente con la ventana de baja pérdida de la fibra. La ventana de inyección de energía es de 980 nm y 1 480 nm. Generalmente, una fibra de iones dopada con erbio se prepara como un núcleo de amplificación de EDFA, es decir, un medio activo. El sistema de amplificación es un sistema láser de tres niveles, la energía de luz inyectada de 980 nm es absorbida por los iones de helio hasta el nivel de energía alto 4 ", y el nivel de transición 4n del láser pasa por la oscilación de relajación. Debido a la larga vida del nivel de energía, una gran cantidad de acumulación Las partículas activadas, que reservan una gran cantidad de energía, y luego pasan la radiación estimulada con la luz de señal, obtienen una señal multiplicada de la misma frecuencia y la misma fase, y devuelven el partículas al estado fundamental. El ruido inducido en el proceso de amplificación es radiación espontánea (Emisión Espontánea Amplificada (ASE), que está relacionada con la longitud de onda de la bomba. En general, la bomba láser de 980 nm es de baja eficiencia y poco ruido , mientras que el láser de 1480 nm es muy eficiente y ruidoso. En el proceso de diseño, el amplificador EDFA pre-fibra general utiliza bombeo de 980 nm; el amplificador de refuerzo EDFA en el extremo de transmisión utiliza un método de bombeo híbrido de 980 nm y 1 480 nm, y medios especialmente diseñados de acuerdo con los requisitos de DWDM para filtros de ecualización óptica. Filtro plano de diafragma.
La estructura básica de un amplificador de fibra dopada con erbio (FDFA):
Un EDFA típico consta de una fibra dopada con erbio, una fuente de bombeo, un multiplexor por división de longitud de onda, un aislador óptico y un filtro óptico. La fibra dopada con erbio proporciona amplificación, la fuente de bombeo proporciona suficiente potencia de bombeo y el multiplexor de división de longitud de onda combina la luz de señal y la luz de bombeo en la fibra dopada con erbio. El aislador óptico asegura la transmisión de luz unidireccional para evitar que los reflejos de luz formen oscilaciones ópticas y la retroalimentación de la luz provoque perturbaciones en el estado operativo del láser de señal. La función del filtro óptico es filtrar el ruido ASE en el amplificador óptico y mejorar la relación señal / ruido del EDFA. Por lo general, EDFA tiene tres tipos de bombas: bomba codireccional, bomba de reversa y bomba de dos vías. Para garantizar que la amplificación del EDFA sea constante (es decir, el amplificador lineal del preamplificador y la línea) o que la potencia de salida sea constante (es decir, el amplificador de potencia de saturación en el extremo de transmisión), es necesario diseñar un circuito auxiliar para monitorear la potencia de entrada y salida del EDFA, así como la fuente de bombeo. El estado del trabajo se supervisa y controla. De acuerdo con los resultados del monitoreo, los parámetros de trabajo de la fuente de luz de la bomba se ajustan apropiadamente para que el EDFA funcione en el estado óptimo. Además, la sección del circuito auxiliar también incluye circuitos para funciones de protección como control automático de temperatura y control automático de potencia.
Rendimiento básico del amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA):
El rendimiento básico de EDFA se refleja en la ganancia, la potencia de salida y el ruido, así como en el ancho de banda y la ecualización.
1. Características de ganancia Las características de ganancia representan la capacidad de amplificación de la relación entre la potencia de salida del amplificador óptico y la potencia de entrada. Está relacionado con varios factores, generalmente expresados ​​en dB, y el factor de amplificación comúnmente utilizado es de 15 a 40 dB. En general, la ganancia está directamente relacionada con la potencia de bombeo y también con la longitud de la fibra dopada con erbio. El mejor valor se puede encontrar experimentando.
2. Características de la potencia de salida Para un amplificador óptico lineal ideal, la señal óptica puede amplificarse y emitirse con la misma ganancia independientemente de la potencia óptica de entrada. Para asegurar esta condición, generalmente solo cuando se ingresa una pequeña señal óptica, la salida de la señal óptica amplificada por una ganancia suficiente es insuficiente para reducir el número de partículas del nivel de energía de la potencia de la bomba inyectada en el láser. Sin embargo, cuando la potencia óptica de entrada es suficientemente grande, la potencia inyectada es insuficiente para compensar la potencia de salida después de la amplificación, de modo que el número de partículas invertidas se satura y reduce, y por lo tanto la potencia óptica de salida disminuye, lo que afecta la disminución. del factor de amplificación, es decir, la saturación de ganancia. , de modo que la amplificación entre en la región de saturación de amplificación no lineal. La potencia de salida máxima del EDFA generalmente se expresa como potencia de salida saturada de 3 dB, que corresponde a la potencia de salida cuando la ganancia de saturación cae en 3 dB, lo que refleja la capacidad de salida de potencia máxima del EDFA. Las características de salida de saturación del EDFA están relacionadas con la potencia de la bomba, la longitud de la fibra dopada con erbio y la estructura. Cuanto mayor sea la potencia óptica de la bomba, mayor será la potencia de salida saturada de 3 dB; cuanto mayor sea la longitud de la fibra dopada con erbio, mayor será la potencia de salida saturada de 3 dB.
3. Características del ruido El ruido óptico introducido por el EDFA durante el proceso de amplificación es principalmente la potencia óptica radiada espontánea en la fibra dopada con erbio activada, y luego amplificada por la región activa de la fibra dopada con erbio, que es una emisión espontánea amplificada ruido óptico. . Hay cuatro fuentes principales de ruido: ruido de disparo de la luz de señal, ruido de disparo de ASE de emisión espontánea amplificada, ruido de batido entre el espectro ASE de emisión de luz blanca y la luz de señal, y ruido de batido entre los espectros de ASE de emisión espontánea. . Entre ellos, los dos últimos tienen la mayor influencia, y el ruido de batido entre el espectro ASE de emisión espontánea y la luz de señal es el factor principal que determina el rendimiento del EDFA. La característica de ruido del EDFA puede expresarse mediante el factor de ruido NF, que es la relación entre la señal de entrada y el ruido del EDFA y la relación entre la señal de salida y el ruido, expresada en dB. Está estrechamente relacionado con la densidad espectral de emisión espontánea y la ganancia del amplificador de la transmisión en fase, y está relacionado con la potencia de la señal de entrada, la potencia de la bomba y el modo de bombeo. Bajo la entrada de una pequeña señal óptica, el factor de ruido NF del amplificador óptico aumenta la radiación estimulada a medida que aumenta la potencia de la señal de entrada, y la relación de la radiación espontánea se debilita, reduciendo así el factor de ruido NF. Bajo la entrada de una gran señal óptica, la figura de ruido NF del amplificador óptico disminuye con el aumento de la potencia de la señal de entrada, y la potencia óptica de la radiación espontánea aumenta, de modo que aumenta la figura de ruido NF. La cifra de ruido disminuye a medida que aumenta la potencia de la bomba. La potencia de ruido del EDFA consta de dos partes, una es la radiación emisora ​​de blanco generada por cada fibra de pequeña longitud, y la mayor parte es la amplificación de la radiación espontánea generada por la fibra a la parte frontal de la fibra, que es decir, la emisión espontánea amplificada. Cuanto mayor es la potencia de la bomba, menor es la proporción de la parte anterior, porque aunque la potencia del ruido de salida aumenta con el aumento de la potencia de la bomba, la señal también gana, por lo que la proporción de radiación espontánea generada por cada fibra es mayor. Pequeño, por lo que se mejora la relación señal-ruido general, es decir, se reduce el factor de ruido NF.