Grundlegendes Funktionsprinzip:
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Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA)ist ein Medium, das Heliumionen zur Energieumwandlung nutzt. Das Energieverstärkungsfenster hat ein Betriebswellenlängenfenster von 1.550 nm und eine Breite von 50 µm, was mit dem verlustarmen Fenster der Faser übereinstimmt. Das Energieinjektionsfenster beträgt 980 nm und 1.480 nm. Im Allgemeinen wird eine Erbium-dotierte Ionenfaser als EDFA-Verstärkungskern, also als aktives Medium, vorbereitet. Das Verstärkungssystem ist ein Laser-Drei-Ebenen-System, die eingekoppelte Lichtenergie von 980 nm wird von den Heliumionen auf das Hochenergieniveau 4“ absorbiert und das Übergangsniveau 4n des Lasers wird durch die Relaxationsschwingung überführt. Aufgrund der Lange Lebensdauer des Energieniveaus, große Ansammlungsmenge. Die aktivierten Partikel, die eine große Energiemenge speichern und dann die stimulierte Strahlung mit dem Signallicht weiterleiten, erhalten ein multipliziertes Signal mit derselben Frequenz und derselben Phase und geben das zurück Partikel in den Grundzustand. Das induzierte Rauschen im Verstärkungsprozess ist spontane Strahlung (Amplified Spontaneous Emission (ASE), die mit der Wellenlänge der Pumpe zusammenhängt. Im Allgemeinen ist die 980-nm-Laserpumpe von geringer Effizienz und geringem Rauschen , während der 1.480-nm-Laser hocheffizient und rauschend ist. Im Entwurfsprozess verwendet der allgemeine Vorfaserverstärker EDFA eine Pumpleistung von 980 nm; der Booster-EDFA auf der Sendeseite verwendet eine Hybridpumpmethode von 980 nm und 1.480 nm und speziell entwickelte Medien gemäß den DWDM-Anforderungen für optische Entzerrungsfilter. Membran-Flachfilter.
Der Grundaufbau eines Erbium-dotierten Faserverstärkers (FDFA):
Ein typischer EDFA besteht aus einer Erbium-dotierten Faser, einer Pumpquelle, einem Wellenlängenmultiplexer, einem optischen Isolator und einem optischen Filter. Die mit Erbium dotierte Faser sorgt für die Verstärkung, die Pumpquelle liefert ausreichend Pumpleistung und der Wellenlängenmultiplexer kombiniert das Signallicht und das Pumplicht in der mit Erbium dotierten Faser. Der optische Isolator sorgt für eine einseitige Lichtübertragung, um zu verhindern, dass Lichtreflexionen zu optischen Schwingungen führen und Rückkopplungslicht Störungen im 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 verfügt EDFA über drei Pumpentypen: Gleichlaufpumpe, Umkehrpumpe und Zweiwegepumpe. Um sicherzustellen, dass die EDFA-Verstärkung konstant ist (d. h. der lineare Verstärker des Vorverstärkers und der Leitung) oder die Ausgangsleistung konstant ist (d. h. der sättigende Leistungsverstärker am Sendeende), ist ein Design erforderlich ein Hilfsschaltkreis zur Überwachung der Eingangs- und Ausgangsleistung des EDFA sowie der Pumpquelle. Der Arbeitsstatus wird überwacht und gesteuert. Entsprechend den Überwachungsergebnissen werden die Arbeitsparameter der Pumplichtquelle entsprechend angepasst, damit der EDFA im optimalen Zustand arbeitet. Darüber hinaus umfasst der Hilfsstromkreisbereich auch Schaltungen für Schutzfunktionen wie automatische Temperaturregelung und automatische Leistungsregelung.
Grundlegende Leistung des Erbium-dotierten Faserverstärkers (EDFA):
Die grundlegende Leistung von EDFA spiegelt sich in Verstärkung, Ausgangsleistung und Rauschen sowie Bandbreite und Entzerrung wider.
1. Verstärkungseigenschaften Die Verstärkungseigenschaften stellen die Verstärkungsfähigkeit des Verhältnisses der Ausgangsleistung des optischen Verstärkers zur Eingangsleistung dar. Sie hängt von verschiedenen Faktoren ab und wird im Allgemeinen in dB ausgedrückt. 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 Experimente ermittelt werden.
2. Ausgangsleistungseigenschaften Für einen idealen linearen optischen Verstärker kann das optische Signal unabhängig von der optischen Eingangsleistung verstärkt und mit der gleichen Verstärkung ausgegeben werden. Um diesen Zustand sicherzustellen, reicht die Ausgabe des durch ausreichende Verstärkung verstärkten optischen Signals im Allgemeinen nur dann aus, wenn ein kleines optisches Signal eingegeben wird, um die Anzahl der in den Laser injizierten Teilchen auf dem Energieniveau der Pumpleistung zu verringern. Wenn jedoch die optische Eingangsleistung ausreichend groß ist, reicht die eingespeiste Leistung nicht aus, um die Ausgangsleistung nach der Verstärkung zu kompensieren, so dass die Anzahl der invertierten Teilchen gesättigt und reduziert wird und somit die optische Ausgangsleistung verringert wird, was sich auf die Abnahme auswirkt des Verstärkungsfaktors, also der Verstärkungssättigung. , so dass die Verstärkung in den nichtlinearen Verstärkungssättigungsbereich gelangt. Die maximale Ausgangsleistung des EDFA wird normalerweise als gesättigte Ausgangsleistung von 3 dB ausgedrückt, was der Ausgangsleistung entspricht, wenn die Sättigungsverstärkung um 3 dB abfällt, was die maximale Ausgangsleistungsfähigkeit des EDFA widerspiegelt. Die Sättigungsausgangseigenschaften des EDFA hängen von der Pumpleistung, der Länge der Erbium-dotierten Faser und der Struktur ab. Je höher die optische Pumpleistung, 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.
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