Amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA)

Os amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA) fan uso de elementos de terras raras como o erbio (Er3+) como medio de amplificación.Dópase no núcleo da fibra durante o proceso de fabricación.Consiste nunha peza curta de fibra (normalmente de 10 m aproximadamente) feita de vidro á que se engade unha pequena cantidade controlada de erbio como dopante en forma de ión (Er3+).Así, a fibra de sílice actúa como medio hóspede.Son os dopantes (erbio) máis que a fibra de sílice os que determinan a lonxitude de onda operativa e o ancho de banda de ganancia.Os EDFA xeralmente operan na rexión de lonxitude de onda de 1550 nm e poden ofrecer capacidades superiores a 1 Tbps.Polo tanto, son amplamente utilizados nos sistemas WDM.

O principio de emisión estimulada é aplicable ao mecanismo de amplificación do EDFA.Cando o dopante (un ión erbio) está nun estado de alta enerxía, un fotón incidente do sinal óptico de entrada estimularao.Libera parte da súa enerxía ao dopante e volve a un estado de menor enerxía ("emisión estimulada") que é máis estable.A seguinte figura mostra a estrutura básica dun EDFA.

1.1 Estrutura básica dun EDFA

O díodo láser de bomba normalmente produce un sinal óptico de lonxitude de onda (a 980 nm ou 1480 nm) a alta potencia (~ 10-200 mW).Este sinal está acoplado co sinal de entrada de luz na sección dopada con erbio da fibra de sílice a través do acoplador WDM.Os ións de erbio absorberán a enerxía de sinal desta bomba e saltarán ao seu estado excitado.Unha parte do sinal luminoso de saída é tocada e retroalimentada na entrada do láser da bomba a través do filtro óptico e do detector.Isto serve como mecanismo de control de potencia de retroalimentación para que os EDFA sexan amplificadores autorreguladores.Cando se consumen todos os electróns metaestables, non se produce máis amplificación.Polo tanto, o sistema estabilizarase automaticamente porque a potencia óptica de saída do EDFA permanece case constante independentemente da fluctuación da potencia de entrada, se a houbera.

1.2 Esquema funcional simplificado dun EDFA

A figura anterior mostra o esquema funcional simplificado dun EDFA no que se engade un sinal de bomba do láser a un sinal óptico de entrada (a 1480 nm ou 980 nm) a través dun acoplador WDM.

Este diagrama mostra un amplificador EDF moi básico.A lonxitude de onda do sinal da bomba (cunha potencia da bomba duns 50 mW) é ​​de 1480 nm ou 980 nm.Algunha parte deste sinal de bomba transfírese ao sinal óptico de entrada mediante a emisión estimulada dentro dunha curta lonxitude de fibra dopada con erbio.Ten unha ganancia óptica típica duns 5-15 dB e unha cifra de ruído inferior a 10 dB.Para operacións de 1550 nm, é posible obter unha ganancia óptica de 30–40 dB.

1.3 Realización práctica dun EDFA

A figura anterior representa unha operación simplificada dun EDFA coa súa estrutura práctica cando se usa na aplicación WDM.

Como se mostra, inclúe as seguintes partes principais:

• Un illante na entrada.Isto evita que o ruído xerado por un EDFA se propague cara ao extremo do transmisor.

• Un acoplador WDM.Combina o sinal de datos de entrada óptica de baixa potencia de 1550 nm con sinal óptico de bombeo de alta potencia (de fonte de bomba como o láser) a 980 nm de lonxitude de onda.

• Unha pequena sección de fibra de sílice dopada con erbio.De feito, este serve como medio activo da EDFA.

• Un illante na saída.Axuda a evitar que calquera sinal óptico retro-reflectado entre na fibra de sílice dopada con erbio.

O sinal de saída final é un sinal de datos ópticos de lonxitude de onda amplificado de 1550 nm cun sinal de bomba de lonxitude de onda residual de 980 nm.

Tipos de amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA)

Hai dous tipos de estruturas de amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA):

• EDFA con bomba de copropagación

• EDFA con bomba de contrapropagación

A seguinte figura mostra as bombas de contrapropagación e as bombas bidireccionais que se poden usar nas estruturas EDFA.

Diferentes disposicións de bombas

Unha bomba de co-propagación EDFA presenta menor potencia óptica de saída con baixo ruído;mentres que unha bomba de contrapropagación EDFA proporciona maior potencia óptica de saída pero tamén produce un maior ruído.Nun EDFA comercial típico, utilízase unha bomba bidireccional con bombeo simultáneo de co-propagación e contra-propagación que resulta nunha ganancia óptica relativamente uniforme.

Aplicación de EDFA como amplificador, en liña e preamplificador

Nunha aplicación de longo percorrido dun enlace de comunicación de fibra óptica, os EDFA pódense usar como un amplificador de refuerzo na saída do transmisor óptico, un amplificador óptico en liña xunto coa fibra óptica, así como un preamplificador xusto antes do receptor, como se mostra na figura anterior.

Pódese sinalar que os EDFA en liña colócanse a unha distancia de 20-100 km, dependendo da perda de fibra.O sinal de entrada óptico está a 1,55 μm de lonxitude de onda, mentres que os láseres de bomba funcionan a 1,48 μm ou 980 nm de lonxitude de onda.A lonxitude típica da fibra dopada con erbio é de 10-50 m.

Mecanismo de amplificación en EDFA

Como se dixo anteriormente, o mecanismo de amplificación nun EDFA baséase nunha emisión estimulada similar á do láser.A alta enerxía do sinal da bomba óptica (producida por outro láser) excita os ións erbio dopantes (Er3+) nunha fibra de sílice no estado de enerxía superior.O sinal de datos ópticos de entrada estimula a transición dos ións de Erbio excitados ao estado de menor enerxía e resulta na radiación de fotóns coa mesma enerxía, é dicir, a mesma lonxitude de onda que a do sinal óptico de entrada.

Diagrama de nivel de enerxía: Os ións de Erbio libres presentan niveis discretos da banda de enerxía.Cando se dopan os ións Erbio nunha fibra de sílice, cada un dos seus niveis de enerxía divídese en un número de niveis estreitamente relacionados para formar unha banda de enerxía.

1.4 Mecanismo de amplificación en EDFA

Para conseguir a inversión da poboación, os ións Er3+ son bombeados no nivel intermedio 2. No método indirecto (bombeo de 980 nm), os ións Er3+ móvense continuamente desde o nivel 1 ao nivel 3. É seguido dunha desintegración non radiativa ata o nivel 2, desde o nivel 2. onde caen ao nivel 1, irradiando os sinais ópticos na lonxitude de onda desexada de 1500–1600 nm.Isto coñécese como mecanismo de amplificación de 3 niveis.

Para obter máis produtos dopados con erbio, bótalle unha ollada ao noso sitio web.

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

Correo electrónico:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Fax: +86-2887897578

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