Mga Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFAs)

Ginagamit ng Erbium-doped fiber amplifier (EDFAs) ang mga rare-earth na elemento gaya ng erbium (Er3+) bilang amplification medium.Ito ay doped sa fiber core sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura.Binubuo ito ng isang maikling piraso ng fiber (karaniwang 10 m o higit pa) na gawa sa salamin kung saan ang isang maliit na kinokontrol na halaga ng erbium ay idinagdag bilang isang dopant sa anyo ng isang ion (Er3+).Kaya, ang silica fiber ay gumaganap bilang isang host medium.Ito ay ang dopants (erbium) sa halip na silica fiber na tumutukoy sa operating wavelength at ang gain bandwidth.Ang mga EDFA ay karaniwang gumagana sa 1550 nm wavelength na rehiyon at maaaring mag-alok ng mga kapasidad na lampas sa 1 Tbps.Kaya, malawakang ginagamit ang mga ito sa mga sistema ng WDM.

Ang prinsipyo ng stimulated emission ay naaangkop para sa amplification mechanism ng EDFA.Kapag ang dopant (isang erbium ion) ay nasa high-energy na estado, isang insidenteng photon ng input optical signal ang magpapasigla nito.Naglalabas ito ng ilan sa enerhiya nito sa dopant at bumabalik sa mababang-enerhiya na estado (“stimulated emission”) na mas matatag.Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng pangunahing istraktura ng isang EDFA.

1.1 Pangunahing istruktura ng isang EDFA

Ang pump laser diode ay karaniwang gumagawa ng optical signal ng wavelength (sa alinman sa 980 nm o 1480 nm) sa mataas na kapangyarihan (~ 10–200 mW).Ang signal na ito ay isinama sa light input signal sa erbiumdoped na seksyon ng silica fiber sa pamamagitan ng WDM coupler.Ang mga erbium ions ay sumisipsip ng enerhiya ng signal ng pump na ito at tumalon sa kanilang nasasabik na estado.Ang isang bahagi ng output light signal ay tina-tap at ibinabalik sa input ng pump laser sa pamamagitan ng optical filter at detector.Ito ay nagsisilbing feedback power control mechanism para gawin ang mga EDFA bilang self-regulating amplifier.Kapag ang lahat ng mga metatable electron ay natupok pagkatapos ay walang karagdagang amplification ang mangyayari.Samakatuwid, ang system ay awtomatikong nagpapatatag dahil ang output optical power ng EDFA ay nananatiling halos pare-pareho anuman ang pagbabagu-bago ng input power, kung mayroon man.

1.2 Pinasimpleng functional schematic ng isang EDFA

Ang figure sa itaas ay nagpapakita ng pinasimple na functional schematic ng isang EDFA kung saan ang isang pump signal mula sa laser ay idinagdag sa isang input optical signal (sa 1480 nm o 980 nm) sa pamamagitan ng isang WDM coupler.

Ang diagram na ito ay nagpapakita ng isang napakapangunahing EDF amplifier.Ang wavelength ng pump signal (na may pump power na humigit-kumulang 50 mW) ay 1480 nm o 980 nm.Ang ilang bahagi ng pump signal na ito ay inililipat sa input optical signal sa pamamagitan ng stimulated emission sa loob ng maikling haba ng Erbium-doped fiber.Mayroon itong tipikal na optical gain na humigit-kumulang 5–15 dB at mas mababa sa 10 dB noise figure.Para sa 1550 nm na operasyon, posibleng makakuha ng 30–40 dB optical gain.

1.3 Praktikal na pagsasakatuparan ng isang EDFA

Ang figure sa itaas ay naglalarawan ng isang pinasimple na operasyon ng isang EDFA kasama ang praktikal na istraktura nito kapag ginamit sa WDM application.

Tulad ng ipinakita, kasama nito ang mga sumusunod na pangunahing bahagi:

• Isang isolator sa input.Pinipigilan nito ang ingay na nabuo ng isang EDFA mula sa pagpapalaganap patungo sa dulo ng transmitter.

• Isang WDM coupler.Pinagsasama nito ang low-power 1550 nm optical input data signal sa high-power pumping optical signal (mula sa pump source gaya ng laser) sa 980 nm wavelength.

• Isang maliit na seksyon ng erbium-doped silica fiber.Sa katunayan, ito ang nagsisilbing aktibong midyum ng EDFA.

• Isang isolator sa output.Nakakatulong ito upang maiwasan ang anumang back-reflected optical signal mula sa pagpasok sa erbium-doped silica fiber.

Ang huling output signal ay isang amplified 1550 nm wavelength optical data signal na may natitirang 980 nm wavelength pump signal.

Mga Uri ng Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFAs)

Mayroong dalawang uri ng mga istruktura ng Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFAs):

• EDFA na may co-propagating pump

• EDFA na may counter-propagating pump

Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng counter-propagating pump at bidirectional pump arrangement na maaaring magamit sa mga istruktura ng EDFA.

Iba't ibang pag-aayos ng bomba

Ang isang co-propagating pump EDFA ay nagtatampok ng mas mababang output optical power na may mababang ingay;habang ang isang counter-propagating pump EDFA ay nagbibigay ng mas mataas na output optical power ngunit gumagawa din ng mas malaking ingay.Sa isang tipikal na komersyal na EDFA, isang bi-directional pump na may sabay-sabay na co-propagating at counter-propagating pumping ay ginagamit na nagreresulta sa isang medyo pare-parehong optical gain.

Application ng EDFA bilang booster, in-line, at pre-amplifier

Sa isang long-haul application ng isang optical fiber communication link, ang mga EDFA ay maaaring gamitin bilang isang booster amplifier sa output ng optical transmitter, isang in-line na optical amplifier kasama ang optical fiber pati na rin isang pre-amplifier bago ang receiver, tulad ng ipinapakita sa figure sa itaas.

Maaaring tandaan na ang mga in-line na EDFA ay inilalagay sa 20–100 km na distansya sa pagitan depende sa pagkawala ng hibla.Ang optical input signal ay nasa 1.55 μm wavelength, samantalang ang pump lasers ay gumagana sa 1.48 μm o 980 nm wavelength.Ang karaniwang haba ng Erbium-doped fiber ay 10–50 m.

Mekanismo ng Amplification sa mga EDFA

Gaya ng nasabi kanina, ang mekanismo ng amplification sa isang EDFA ay batay sa stimulated emission na katulad ng sa laser.Ang mataas na enerhiya mula sa optical pump signal (ginawa ng isa pang laser) ay nagpapasigla sa mga dopant erbium ions (Er3+) sa isang silica fiber sa itaas na estado ng enerhiya.Pinasisigla ng input optical data signal ang paglipat ng mga excited na Erbium ions sa mas mababang estado ng enerhiya at nagreresulta sa radiation ng mga photon na may parehong enerhiya, ibig sabihin, ang parehong wavelength gaya ng input optical signal.

Diagram sa antas ng enerhiya: Ang mga libreng Erbium ions ay nagpapakita ng mga discrete level ng energy band.Kapag ang mga Erbium ions ay na-doped sa isang silica fiber, ang bawat isa sa kanilang mga antas ng enerhiya ay nahahati sa isang bilang ng mga malapit na nauugnay na antas upang bumuo ng isang banda ng enerhiya.

1.4 Mekanismo ng amplification sa EDFA

Upang makamit ang pagbabaligtad ng populasyon, ang mga Er3+ ions ay ibinobomba sa intermediate level 2. Sa hindi direktang paraan (980-nm pumping), ang Er3+ ions ay patuloy na inililipat mula sa level 1 hanggang level 3. Sinusundan ito ng non-radiatively decay hanggang level 2, mula sa kung saan bumagsak ang mga ito sa antas 1, na nagpapalabas ng mga optical signal sa nais na wavelength na 1500–1600 nm.Ito ay kilala bilang 3-level na mekanismo ng amplification.

Para sa higit pang mga produktong Erbium-doped, mangyaring tingnan ang aming website.

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

E-mail:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Fax: +86-2887897578

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