Der Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA) ist ein Medium, das Heliumionen verwendet, um eine Energieumwandlung zu erreichen. Das Energieverstärkungsfenster hat ein Arbeitswellenlängenfenster von 1 550 nm und eine Breite von 50 & mgr; m, was mit dem verlustarmen Fenster der Faser übereinstimmt. Das Energieeinspritzfenster beträgt 980 nm und 1 480 nm. Im Allgemeinen wird eine Erbium-dotierte Ionenfaser als ein EDFA-Verstärkungskern, d. H. Ein aktives Medium, hergestellt. Das Verstärkungssystem ist ein Laser-Drei-Niveau-System, die eingestrahlte Lichtenergie von 980 nm wird von den Heliumionen auf das hohe Energieniveau 4 "absorbiert, und der Übergangspegel 4n des Lasers wird durch die Relaxationsschwingung übergegangen Lange Lebensdauer des Energieniveaus, eine große Menge an Akkumulation Die aktivierten Teilchen, die eine große Menge an Energie reservieren, und dann die stimulierte Strahlung mit dem Signal Licht passieren, erhalten multipliziert Signal der gleichen Frequenz und der gleichen Phase, und die Rückkehr der Partikel im Grundzustand Das induzierte Rauschen im Verstärkungsprozess ist die spontane Strahlung (Amplified Spontaneous Emission (ASE), die mit der Wellenlänge der Pumpe zusammenhängt. Im Allgemeinen hat die 980 nm Laserpumpe einen niedrigen Wirkungsgrad und wenig Rauschen Während der 1 480 nm-Laser hoch effizient und geräuschvoll ist.Im Entwurfsprozess verwendet der allgemeine Vorfaserverstärker EDFA 980 nm Pumpensowohl der Booster-Booster-EDFA am sendenden Ende verwendet ein Hybridpumpverfahren von 980 nm und 1 480 nm und speziell entwickelte Medien gemäß den DWDM-Anforderungen für optische Entzerrungsfilter. Flachmembranfilter.
Die Grundstruktur eines erbiumdotierten Faserverstärkers (EDA):
Ein typischer EDFA besteht aus einer erbiumdotierten Faser, einer Pumpquelle, einem Wellenlängenmultiplexer, einem optischen Isolator und einem optischen Filter. Die Erbium-dotierte Faser liefert eine Verstärkung, die Pumpquelle liefert eine ausreichende Pumpleistung, und der Wellenlängenmultiplexer kombiniert das Signallicht und das Pumplicht in die Erbium-dotierte Faser. Der optische Isolator gewährleistet eine Einwegübertragung von Licht, um zu verhindern, dass Lichtreflexionen optische Oszillationen bilden und Rückkopplungslicht Störungen in dem Betriebszustand des Signallasers verursacht. Die Aufgabe des optischen Filters besteht darin, das ASE-Rauschen im optischen Verstärker herauszufiltern und das Signal-Rausch-Verhältnis des EDFA zu verbessern. Normalerweise hat EDFA drei Pumpentypen: Gleichlaufpumpe, Umkehrpumpe und Zweiwegepumpe. Um sicherzustellen, dass die Verstärkung des EDFA konstant ist (dh der lineare Verstärker des Vorverstärkers und der Leitung) oder die Ausgangsleistung konstant ist (dh der sättigende Leistungsverstärker am sendenden Ende), ist es notwendig, eine Hilfsschaltung zu entwerfen um die Eingangs- und Ausgangsleistung des EDFA sowie die Pumpquelle zu überwachen. Der Arbeitsstatus wird überwacht und gesteuert. Gemäß den Überwachungsergebnissen werden die Arbeitsparameter der Pumplichtquelle geeignet eingestellt, um den EDFA in den optimalen Zustand zu bringen. Zusätzlich enthält der Hilfskreisabschnitt auch Schaltungen für Schutzfunktionen, wie automatische Temperatursteuerung und automatische Leistungssteuerung.
Grundlegende Leistung von erbiumdotierten Faserverstärker (EDFA):
Die grundlegende Leistung von EDFA spiegelt sich in Verstärkung, Ausgangsleistung und Rauschen sowie Bandbreite und Entzerrung wieder.
1. Verstärkungskennlinien Die Verstärkungskennlinien repräsentieren die Verstärkungsfähigkeit des Verhältnisses der Ausgangsleistung des optischen Verstärkers zur Eingangsleistung. Es bezieht sich auf verschiedene Faktoren, die im Allgemeinen in dB ausgedrückt werden, und der üblicherweise verwendete Verstärkungsfaktor beträgt 15 bis 40 dB. Im Allgemeinen steht die Verstärkung in direktem Zusammenhang mit der Pumpleistung und auch mit der Länge der Erbium-dotierten Faser. Der beste Wert kann durch Experiment gefunden werden.
2. Ausgangsleistungseigenschaften Für einen idealen linearen optischen Verstärker kann das optische Signal unabhängig von der optischen Eingangsleistung mit der gleichen Verstärkung verstärkt und ausgegeben werden. Um diesen Zustand zu gewährleisten, ist im allgemeinen nur dann, wenn ein kleines optisches Signal eingegeben wird, die Ausgabe des optischen Signals, die durch eine ausreichende Verstärkung verstärkt wird, nicht ausreichend, um die Anzahl der Teilchen des Energieniveaus der in den Laser injizierten Pumpleistung zu reduzieren. Wenn jedoch die optische Eingangsleistung ausreichend groß ist, ist die injizierte Leistung nicht ausreichend, um die Ausgangsleistung nach der Verstärkung zu kompensieren, so dass die Anzahl invertierter Partikel gesättigt und reduziert wird und somit die optische Ausgangsleistung verringert wird, was die Abnahme beeinflusst des Verstärkungsfaktors, dh die Verstärkungssättigung. , so dass die Verstärkung in den nichtlinearen Verstärkungssättigungsbereich eintritt. Die maximale Ausgangsleistung des EDFA wird üblicherweise als 3 dB gesättigte Ausgangsleistung ausgedrückt, die der Ausgangsleistung entspricht, wenn die Sättigungsverstärkung um 3 dB abfällt, was die maximale Ausgangsleistungsfähigkeit des EDFA widerspiegelt. Die Sättigungsausgangscharakteristika des EDFA hängen mit der Pumpleistung, der Länge der erbiumdotierten Faser und der Struktur zusammen. Je höher die optische Pumpleistung ist, desto größer ist die gesättigte Ausgangsleistung von 3 dB; Je länger die Erbium-dotierte Faserlänge ist, desto größer ist die gesättigte Ausgangsleistung von 3 dB.
3. Rauscheigenschaften Das optische Rauschen, das durch den EDFA während des Verstärkungsprozesses eingeführt wird, ist hauptsächlich die spontane abgestrahlte optische Leistung in der aktivierten Erbium-dotierten Faser und wird dann durch die aktive Region der Erbium-dotierten Faser verstärkt, die eine verstärkte spontane Emission ist optisches Rauschen. . Es gibt vier Hauptquellen von Rauschen: Schrotrauschen von Signallicht, Schrotrauschen von ASE mit verstärkter spontaner Emission, Schwebungsrauschen zwischen ASE-Spektrum von Weißlichtemission und Signallicht und Schwebungsrauschen zwischen ASE-Spektren von spontaner Emission. . Unter diesen haben die beiden letztgenannten den größten Einfluss, und das Schwebungsrauschen zwischen dem ASE-Spektrum der spontanen Emission und dem Signallicht ist der Hauptfaktor, der die Leistung des EDFA bestimmt. Die Rauschcharakteristik des EDFA kann durch die Rauschzahl NF ausgedrückt werden, die das Verhältnis des Eingangssignal-Rausch-Verhältnisses des EDFA zu dem Ausgangssignal-Rausch-Verhältnis ist, ausgedrückt in dB. Es ist eng mit der spektralen Spontanemissionsdichte und der Verstärkerverstärkung der gleichphasigen Übertragung verbunden und steht in Beziehung zu Eingangssignalleistung, Pumpleistung und Pumpmodus. Unter der Eingabe eines kleinen optischen Signals erhöht die Rauschzahl NF des optischen Verstärkers die stimulierte Strahlung, wenn die Leistung des Eingangssignals ansteigt, und das Verhältnis der spontanen Strahlung wird abgeschwächt, wodurch die Rauschzahl NF verringert wird. Unter der Eingabe eines großen optischen Signals nimmt die Rauschzahl NF des optischen Verstärkers mit dem Anstieg der Eingangssignalleistung ab und die optische Leistung der spontanen Strahlung nimmt zu, so dass die Rauschzahl NF ansteigt. Die Rauschzahl nimmt mit zunehmender Pumpleistung ab. Die Rauschleistung des EDFA besteht aus zwei Teilen, einer ist die weiß emittierende Strahlung, die von jeder Faser geringer Länge erzeugt wird, und der größte Teil davon ist die Verstärkung der von der Faser erzeugten spontanen Strahlung auf den vorderen Teil der Faser ist die verstärkte spontane Emission. Je größer die Pumpleistung ist, desto kleiner ist der Anteil des ersteren Teils, denn obwohl die Ausgangsrauschleistung mit der Zunahme der Pumpleistung zunimmt, nimmt auch das Signal zu, so dass der Anteil der von jeder Faser erzeugten spontanen Strahlung höher ist. Klein, so wird das Gesamtsignal-zu-Rausch-Verhältnis verbessert, das heißt, die Rauschzahl NF wird gesenkt.
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