ຫຼັກການ ແລະການນຳໃຊ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໄຟເບີ EDFA erbium-doped

ຫຼັກການແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍໄຟເບີ EDFA erbium-doped

ໂຄງສ້າງພື້ນຖານຂອງEDFAເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໄຟເບີ erbium-doped, ເຊິ່ງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບດ້ວຍຕົວກາງທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ (ເສັ້ນໄຍ quartz doped ຍາວຫຼາຍສິບແມັດ, ເສັ້ນຜ່າກາງຫຼັກ 3-5 microns, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ doping (25-1000)x10-6), ແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ pump (990 ຫຼື 1480nm LD), optical coupler ແລະ optical isolator. ແສງສະຫວ່າງສັນຍານແລະແສງສະຫວ່າງປັ໊ມສາມາດຂະຫຍາຍພັນໄດ້ໃນທິດທາງດຽວກັນ (ການສູບຮ່ວມກັນ), ທິດທາງກົງກັນຂ້າມ (ການສູບນ້ໍາປີ້ນກັບກັນ), ຫຼືທັງສອງທິດທາງ (bidirectional pumping) ໃນເສັ້ນໄຍ Erbium. ໃນເວລາທີ່ແສງສະຫວ່າງສັນຍານແລະແສງສະຫວ່າງ pump ໄດ້ຖືກສີດເຂົ້າໄປໃນເສັ້ນໄຍ erbium ໃນເວລາດຽວກັນ, erbium ion ຕື່ນເຕັ້ນກັບລະດັບພະລັງງານສູງ (ລະບົບສາມລະດັບ) ພາຍໃຕ້ການປະຕິບັດຂອງແສງສະຫວ່າງ pump, ແລະທັນທີທັນໃດ decayed ກັບລະດັບ metastable. ເມື່ອມັນກັບຄືນສູ່ສະພາບພື້ນດິນພາຍໃຕ້ການປະຕິບັດຂອງແສງສະຫວ່າງສັນຍານເຫດການ, photon ທີ່ສອດຄ້ອງກັນກັບແສງສະຫວ່າງສັນຍານໄດ້ຖືກປ່ອຍອອກມາ, ດັ່ງນັ້ນສັນຍານໄດ້ຖືກຂະຫຍາຍອອກໄປ. spectrum emissions spontaneous (ASE) ຂະຫຍາຍຂອງມັນມີແບນວິດຂະຫນາດໃຫຍ່ (ເຖິງ 20-40nm) ແລະມີສອງຈຸດສູງສຸດທີ່ສອດຄ້ອງກັນກັບ 1530nm ແລະ 1550nm ຕາມລໍາດັບ.

ຂໍ້ໄດ້ປຽບຕົ້ນຕໍຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ EDFAແມ່ນໄດ້ຮັບສູງ, ແບນວິດຂະຫນາດໃຫຍ່, ພະລັງງານຜົນຜະລິດສູງ, ປະສິດທິພາບການສູບນ້ໍາສູງ, ການສູນເສຍການແຊກຕ່ໍາ, ແລະ insensitivity ກັບລັດ polarization.

ຫຼັກການເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໄຟເບີ erbium-doped

ເຄື່ອງຂະຫຍາຍໄຟເບີ Erbium-doped (EDFA Optical Amplifier) ສ່ວນຫຼາຍແມ່ນປະກອບດ້ວຍເສັ້ນໄຍ erbium-doped (ຄວາມຍາວປະມານ 10-30m) ແລະແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ pump. ຫຼັກການການເຮັດວຽກແມ່ນວ່າເສັ້ນໄຍ erbium-doped ສ້າງຮັງສີກະຕຸ້ນພາຍໃຕ້ການປະຕິບັດຂອງແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ pumped (ຄື້ນຟອງ 980nm ຫຼື 1480nm), ແລະແສງສະຫວ່າງ radiated ມີການປ່ຽນແປງກັບການປ່ຽນແປງຂອງສັນຍານແສງສະຫວ່າງ input, ເຊິ່ງເທົ່າກັບ amplifying ສັນຍານແສງສະຫວ່າງ input. ຜົນ​ໄດ້​ຮັບ​ສະ​ແດງ​ໃຫ້​ເຫັນ​ວ່າ​ການ​ໄດ້​ຮັບ​ຂອງ​ເຄື່ອງ​ຂະ​ຫຍາຍ​ເສັ້ນ​ໄຍ Erbium-doped ໂດຍ​ປົກ​ກະ​ຕິ​ແມ່ນ 15-40db​, ແລະ​ໄລ​ຍະ​ຫ່າງ relay ສາ​ມາດ​ເພີ່ມ​ຂຶ້ນ​ຫຼາຍ​ກ​່​ວາ 100km​. ດັ່ງນັ້ນ, ປະຊາຊົນບໍ່ສາມາດຊ່ວຍໄດ້ແຕ່ຖາມວ່າ: ເປັນຫຍັງນັກວິທະຍາສາດຈຶ່ງຄິດເຖິງການໃຊ້ doped erbium ໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍເສັ້ນໄຍເພື່ອເພີ່ມຄວາມເຂັ້ມຂອງຄື້ນແສງສະຫວ່າງ? ພວກເຮົາຮູ້ວ່າ erbium ເປັນອົງປະກອບຂອງແຜ່ນດິນໂລກທີ່ຫາຍາກ, ແລະອົງປະກອບຂອງໂລກຫາຍາກມີລັກສະນະໂຄງສ້າງພິເສດຂອງພວກເຂົາ. Doping ອົງປະກອບຂອງແຜ່ນດິນໂລກທີ່ຫາຍາກໃນອຸປະກອນ optical ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນເວລາດົນນານເພື່ອປັບປຸງການປະຕິບັດຂອງອຸປະກອນ optical, ດັ່ງນັ້ນນີ້ບໍ່ແມ່ນປັດໃຈບັງເອີນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ເປັນຫຍັງຄວາມຍາວຂອງຄື້ນຂອງແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງຂອງປັ໊ມຖືກເລືອກຢູ່ທີ່ 980nm ຫຼື 1480nm? ໃນ​ຄວາມ​ເປັນ​ຈິງ, wavelength ຂອງແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ pump ສາມາດ 520nm, 650nm, 980nm, ແລະ 1480nm, ແຕ່ການປະຕິບັດໄດ້ພິສູດວ່າ wavelength ຂອງ 1480nm pump ແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງປະສິດທິພາບ laser ແມ່ນສູງທີ່ສຸດ, ຕິດຕາມມາດ້ວຍ wavelength ຂອງແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ pump 980nm.

ໂຄງປະກອບການທາງດ້ານຮ່າງກາຍ

ໂຄງສ້າງພື້ນຖານຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍໄຟເບີ erbium-doped (EDFA Optical Amplifier). ມີ isolator ຢູ່ປາຍຂາເຂົ້າແລະທ້າຍຜົນຜະລິດ, ຈຸດປະສົງແມ່ນເພື່ອເຮັດໃຫ້ສັນຍານ optical ການສົ່ງຜ່ານທາງດຽວ. ປັ໊ມ exciter ມີຄວາມຍາວຄື່ນ 980nm ຫຼື 1480nm ແລະຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສະຫນອງພະລັງງານ. ຫນ້າທີ່ຂອງ coupler ແມ່ນການຈັບຄູ່ສັນຍານ optical input ແລະ pump light ເຂົ້າໄປໃນເສັ້ນໄຍ erbium-doped, ແລະໂອນພະລັງງານຂອງ pump light ກັບສັນຍານ input optical ໂດຍຜ່ານການປະຕິບັດຂອງເສັ້ນໄຍ erbium-doped, ເພື່ອຮັບຮູ້ການຂະຫຍາຍພະລັງງານຂອງສັນຍານ optical input. ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ພະລັງງານ optical ຜົນຜະລິດທີ່ສູງຂຶ້ນແລະດັດຊະນີສຽງຕ່ໍາ, ເຄື່ອງຂະຫຍາຍເສັ້ນໄຍ Erbium-doped ທີ່ໃຊ້ໃນການປະຕິບັດໄດ້ຮັບຮອງເອົາໂຄງສ້າງຂອງສອງຫຼືຫຼາຍກວ່າແຫຼ່ງ pump ກັບ isolators ກາງເພື່ອແຍກເຊິ່ງກັນແລະກັນ. ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ເສັ້ນໂຄ້ງການຮັບທີ່ກວ້າງກວ່າ ແລະຄ່ອງແຄ້ວ, ການກັ່ນຕອງການເພີ່ມຄວາມແປແມ່ນເພີ່ມ.

EDFA ປະກອບດ້ວຍຫ້າພາກສ່ວນຕົ້ນຕໍ: ເສັ້ນໄຍ Erbium-doped (EDF), Optical coupler (WDM), optical isolator (ISO), Optical Filter, ແລະ Pumping Supply. ແຫຼ່ງປັ໊ມທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປປະກອບມີ 980nm ແລະ 1480nm, ແລະສອງແຫຼ່ງປັ໊ມເຫຼົ່ານີ້ມີປະສິດທິພາບການສູບນ້ໍາທີ່ສູງຂຶ້ນແລະຖືກນໍາໃຊ້ຫຼາຍຂຶ້ນ. ຕົວຄູນສິ່ງລົບກວນແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ pump 980nm ແມ່ນຕ່ໍາ; ແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ pump 1480nm ມີປະສິດທິພາບການສູບນ້ໍາທີ່ສູງຂຶ້ນແລະສາມາດໄດ້ຮັບພະລັງງານຜົນຜະລິດທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ (ປະມານ 3dB ສູງກວ່າແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງຂອງປັ໊ມ 980nm).

ປະໂຫຍດ

1. wavelength ປະຕິບັດງານແມ່ນສອດຄ່ອງກັບ window attenuation ຕໍາ່ສຸດທີ່ຂອງເສັ້ນໄຍຮູບແບບດຽວ.

2. ປະສິດທິພາບການເຊື່ອມໂລຫະສູງ. ເນື່ອງຈາກວ່າມັນເປັນເຄື່ອງຂະຫຍາຍເສັ້ນໄຍ, ມັນງ່າຍທີ່ຈະ coupling ກັບເສັ້ນໄຍສາຍສົ່ງ.

3. ປະສິດທິພາບການແປງພະລັງງານສູງ. ຫຼັກຂອງ EDF ແມ່ນຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າເສັ້ນໄຍສາຍສົ່ງ, ແລະໄຟສັນຍານແລະໄຟປັ໊ມຖືກສົ່ງໄປພ້ອມໆກັນໃນ EDF, ດັ່ງນັ້ນຄວາມສາມາດຂອງ optical ແມ່ນມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຫຼາຍ. ນີ້ເຮັດໃຫ້ປະຕິສໍາພັນລະຫວ່າງແສງສະຫວ່າງແລະໄດ້ຮັບຂະຫນາດກາງ Er ion ເຕັມທີ່ຫຼາຍ, ບວກໃສ່ກັບຄວາມຍາວທີ່ເຫມາະສົມຂອງເສັ້ນໄຍ erbium-doped, ດັ່ງນັ້ນປະສິດທິພາບການແປງຂອງພະລັງງານແສງສະຫວ່າງແມ່ນສູງ.

4. ໄດ້ຮັບສູງ, ດັດຊະນີສິ່ງລົບກວນຕ່ໍາ, ພະລັງງານຜົນຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່, crosstalk ຕ່ໍາລະຫວ່າງຊ່ອງທາງ.

5. ຄຸນລັກສະນະການຮັບທີ່ຄົງທີ່: EDFA ບໍ່ອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບອຸນຫະພູມ, ແລະການໄດ້ຮັບມີຄວາມສໍາພັນຫນ້ອຍກັບ polarization.

6. ຄຸນ​ນະ​ສົມ​ບັດ​ການ​ຮັບ​ແມ່ນ​ເປັນ​ເອ​ກະ​ລາດ​ຂອງ​ອັດ​ຕາ​ບິດ​ຂອງ​ລະ​ບົບ​ແລະ​ຮູບ​ແບບ​ຂໍ້​ມູນ​.

ຂໍ້ບົກຜ່ອງ

1. ຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນ: EDFA ຂະຫຍາຍພະລັງງານ optical ໂດຍການເພີ່ມພະລັງງານ optical ສັກເຂົ້າໄປໃນເສັ້ນໄຍ, ແຕ່ໃຫຍ່ກວ່າແມ່ນດີກວ່າ. ເມື່ອພະລັງງານ optical ເພີ່ມຂຶ້ນໃນລະດັບໃດຫນຶ່ງ, ຜົນກະທົບ nonlinear ຂອງເສັ້ນໄຍ optical ຈະຖືກຜະລິດ. ດັ່ງນັ້ນ, ເມື່ອນໍາໃຊ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໃຍແກ້ວນໍາແສງ, ຄວນເອົາໃຈໃສ່ກັບມູນຄ່າຂອງການຄວບຄຸມພະລັງງານໃຍແກ້ວນໍາແສງທີ່ເຂົ້າມາໃນຊ່ອງດຽວ.

2. ລະ​ດັບ​ຄວາມ​ຍາວ​ຂອງ​ການ​ໄດ້​ຮັບ​ແມ່ນ​ມີ​ການ​ສ້ອມ​ແຊມ​: ລະ​ດັບ​ຄວາມ​ຍາວ​ຂອງ​ການ​ເຮັດ​ວຽກ​ຂອງ C-band EDFA ແມ່ນ 1530nm ~ 1561nm​; ຊ່ວງຄວາມຍາວຂອງຄື້ນການເຮັດວຽກຂອງ L-band EDFA ແມ່ນ 1565nm ~ 1625nm.

3. ແບນວິດທີ່ໄດ້ຮັບບໍ່ເທົ່າທຽມກັນ: ແບນວິດທີ່ໄດ້ຮັບຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໄຟເບີ EDFA erbium-doped ແມ່ນກວ້າງຫຼາຍ, ແຕ່ຂອບເຂດການຮັບຂອງ EDF ຕົວຂອງມັນເອງບໍ່ຮາບພຽງ. ການກັ່ນຕອງການຮັບຮາບພຽງຕ້ອງຖືກຮັບຮອງເອົາເພື່ອປັບການໄດ້ຮັບໃນລະບົບ WDM.

4. ບັນຫາຂອງແສງ surge: ໃນເວລາທີ່ເສັ້ນທາງແສງສະຫວ່າງເປັນປົກກະຕິ, ion erbium ຕື່ນເຕັ້ນໂດຍ pump light ໄດ້ດໍາເນີນການໂດຍແສງສະຫວ່າງສັນຍານ, ດັ່ງນັ້ນສໍາເລັດການຂະຫຍາຍຂອງແສງສະຫວ່າງສັນຍານ. ຖ້າແສງ input ຖືກຕັດອອກ, ເນື່ອງຈາກວ່າ ion erbium metastable ສືບຕໍ່ສະສົມ, ເມື່ອແສງສັນຍານຖືກຟື້ນຟູ, ພະລັງງານຈະໂດດ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ແສງສະຫວ່າງເພີ່ມຂຶ້ນ.

5. ການແກ້ໄຂຂອງ optical surge ແມ່ນການຮັບຮູ້ການຫຼຸດຜ່ອນພະລັງງານ optical ອັດຕະໂນມັດ (APR) ຫຼືອັດຕະໂນມັດ optical power off (APSD) function ໃນ EDFA, ນັ້ນແມ່ນ, EDFA ອັດຕະໂນມັດຫຼຸດລົງພະລັງງານຫຼືອັດຕະໂນມັດປິດໄຟໃນເວລາທີ່ບໍ່ມີແສງສະຫວ່າງ input, ດັ່ງນັ້ນການສະກັດກັ້ນປະກົດການ surge ໄດ້.

ໂໝດແອັບພລິເຄຊັນ

1. booster Amplifier ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຊຸກຍູ້ພະລັງງານຂອງສັນຍານຫຼາຍ wavelength ຫຼັງຈາກ booster wave, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນສົ່ງໃຫ້ເຂົາເຈົ້າ. ເນື່ອງຈາກພະລັງງານສັນຍານຫຼັງຈາກຄື້ນ booster ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນມີຂະຫນາດໃຫຍ່, ດັດຊະນີສິ່ງລົບກວນແລະການໄດ້ຮັບຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງແມ່ນບໍ່ສູງຫຼາຍ. ມີພະລັງງານຜົນຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່ຂ້ອນຂ້າງ.

2. Line-amplifier, ຫຼັງຈາກ Power Amplifier, ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຊົດເຊີຍການສູນເສຍສາຍສົ່ງຂອງ Line ເປັນໄລຍະ, ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວຕ້ອງການດັດຊະນີສິ່ງລົບກວນທີ່ຂ້ອນຂ້າງຂະຫນາດນ້ອຍແລະພະລັງງານ optical ຜົນຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່.

3. Pre-Amplifier: ກ່ອນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ແລະຫຼັງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍ, ມັນໃຊ້ເພື່ອຂະຫຍາຍສັນຍານ ແລະ ປັບປຸງຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງຕົວຮັບ (ໃນກໍລະນີທີ່ອັດຕາສັນຍານ optical-to-noise (OSNR) ຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການ, ພະລັງງານ input ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າສາມາດສະກັດກັ້ນສິ່ງລົບກວນຂອງຕົວຮັບເອງແລະປັບປຸງຄວາມອ່ອນໄຫວໃນການຮັບ), ແລະມີສຽງຫນ້ອຍຫຼາຍ. ບໍ່ມີຄວາມຕ້ອງການທີ່ຍິ່ງໃຫຍ່ກ່ຽວກັບພະລັງງານຜົນຜະລິດ.