Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA)

Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium (EDFA) sử dụng các nguyên tố đất hiếm như erbium (Er3+) làm môi trường khuếch đại.Nó được pha tạp vào lõi sợi quang trong quá trình sản xuất.Nó bao gồm một đoạn sợi ngắn (thường dài 10 m hoặc hơn) làm bằng thủy tinh, trong đó một lượng nhỏ erbi được kiểm soát được thêm vào dưới dạng tạp chất ở dạng ion (Er3+).Do đó, sợi silica hoạt động như một phương tiện chủ.Chính các tạp chất (erbium) chứ không phải sợi silica quyết định bước sóng hoạt động và băng thông khuếch đại.EDFA thường hoạt động trong vùng bước sóng 1550 nm và có thể cung cấp dung lượng vượt quá 1 Tbps.Vì vậy, chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống WDM.

Nguyên lý phát xạ kích thích được áp dụng cho cơ chế khuếch đại của EDFA.Khi tạp chất (ion erbium) ở trạng thái năng lượng cao, một photon tới của tín hiệu quang học đầu vào sẽ kích thích nó.Nó giải phóng một phần năng lượng của nó cho tạp chất và trở về trạng thái năng lượng thấp hơn (“phát xạ kích thích”) ổn định hơn.Hình dưới đây cho thấy cấu trúc cơ bản của EDFA.

1.1 Cấu trúc cơ bản của EDFA

Đi-ốt laser bơm thường tạo ra tín hiệu quang học có bước sóng (ở 980 nm hoặc 1480 nm) ở công suất cao (~ 10–200 mW).Tín hiệu này được kết hợp với tín hiệu đầu vào ánh sáng trong phần pha tạp erbium của sợi silica thông qua bộ ghép WDM.Các ion erbium sẽ hấp thụ năng lượng tín hiệu bơm này và chuyển sang trạng thái kích thích của chúng.Một phần của tín hiệu ánh sáng đầu ra được khai thác và đưa trở lại đầu vào của laser bơm thông qua bộ lọc và bộ dò quang học.Điều này đóng vai trò là cơ chế kiểm soát công suất phản hồi để biến EDFA thành bộ khuếch đại tự điều chỉnh.Khi tất cả các electron siêu bền được tiêu thụ thì không xảy ra sự khuếch đại nữa.Do đó, hệ thống tự động ổn định vì công suất quang đầu ra của EDFA gần như không đổi bất kể dao động công suất đầu vào, nếu có.

1.2 Sơ đồ chức năng đơn giản hóa của EDFA

Hình trên cho thấy sơ đồ chức năng đơn giản hóa của EDFA trong đó tín hiệu bơm từ laser được thêm vào tín hiệu quang đầu vào (ở 1480 nm hoặc 980 nm) thông qua bộ ghép WDM.

Sơ đồ này cho thấy một bộ khuếch đại EDF rất cơ bản.Bước sóng của tín hiệu bơm (với công suất bơm khoảng 50 mW) là 1480 nm hoặc 980 nm.Một phần của tín hiệu bơm này được truyền tới tín hiệu quang đầu vào bằng phát xạ kích thích trong một đoạn ngắn sợi pha tạp Erbium.Nó có mức tăng quang thông thường khoảng 5–15 dB và độ ồn nhỏ hơn 10 dB.Đối với hoạt động ở bước sóng 1550 nm, có thể thu được mức tăng quang 30–40 dB.

1.3 Hiện thực hóa EDFA trên thực tế

Hình trên mô tả hoạt động đơn giản hóa của EDFA với cấu trúc thực tế của nó khi được sử dụng trong ứng dụng WDM.

Như được hiển thị, nó bao gồm các phần chính sau:

• Một bộ cách ly ở đầu vào.Điều này ngăn tiếng ồn do EDFA tạo ra không lan truyền về phía đầu phát.

• Một bộ ghép WDM.Nó kết hợp tín hiệu dữ liệu đầu vào quang 1550 nm công suất thấp với tín hiệu quang bơm công suất cao (từ nguồn bơm như laze) ở bước sóng 980 nm.

• Một phần nhỏ của sợi silica pha tạp erbium.Trên thực tế, đây là phương tiện hoạt động của EDFA.

• Một bộ cách ly ở đầu ra.Nó giúp ngăn bất kỳ tín hiệu quang phản xạ ngược nào đi vào sợi silica pha tạp erbium.

Tín hiệu đầu ra cuối cùng là tín hiệu dữ liệu quang bước sóng 1550 nm được khuếch đại với tín hiệu bơm bước sóng 980 nm dư.

Các loại Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium (EDFA)

Có hai loại cấu trúc của Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA):

• EDFA với bơm đồng truyền

• EDFA với bơm truyền ngược

Hình dưới đây cho thấy bố trí bơm ngược chiều và bơm hai chiều có thể được sử dụng trong các cấu trúc EDFA.

Bố trí máy bơm khác nhau

EDFA bơm đồng truyền có công suất quang đầu ra thấp hơn với độ ồn thấp;trong khi EDFA bơm truyền ngược cung cấp công suất quang đầu ra cao hơn nhưng cũng tạo ra tiếng ồn lớn hơn.Trong một EDFA thương mại điển hình, một máy bơm hai chiều có bơm đồng thời lan truyền và bơm ngược chiều được sử dụng, dẫn đến mức tăng quang tương đối đồng đều.

Ứng dụng EDFA làm bộ khuếch đại, trong dòng và tiền khuếch đại

Trong ứng dụng đường dài của liên kết truyền thông sợi quang, EDFA có thể được sử dụng làm bộ khuếch đại tăng cường ở đầu ra của bộ phát quang, bộ khuếch đại quang nội tuyến cùng với sợi quang cũng như bộ tiền khuếch đại ngay trước người nhận, như thể hiện trong hình trên.

Có thể lưu ý rằng các EDFA nội tuyến được đặt cách nhau 20–100 km tùy thuộc vào suy hao sợi quang.Tín hiệu quang đầu vào có bước sóng 1,55 μm, trong khi các laser bơm hoạt động ở bước sóng 1,48 μm hoặc 980 nm.Chiều dài điển hình của sợi pha tạp Erbium là 10–50 m.

Cơ chế khuếch đại trong EDFA

Như đã nêu trước đó, cơ chế khuếch đại trong EDFA dựa trên phát xạ kích thích tương tự như trong laser.Năng lượng cao từ tín hiệu bơm quang học (được tạo ra bởi một tia laser khác) kích thích các ion erbium tạp chất (Er3+) trong sợi silica ở trạng thái năng lượng cao hơn.Tín hiệu dữ liệu quang đầu vào kích thích sự chuyển đổi của các ion Erbium bị kích thích sang trạng thái năng lượng thấp hơn và dẫn đến bức xạ của các photon có cùng năng lượng, nghĩa là cùng bước sóng với bước sóng của tín hiệu quang đầu vào.

Biểu đồ mức năng lượng: Các ion Erbium tự do thể hiện các mức rời rạc của dải năng lượng.Khi các ion Erbium được pha tạp vào một sợi silica, mỗi mức năng lượng của chúng sẽ phân tách thành một số mức có liên quan chặt chẽ với nhau để tạo thành một dải năng lượng.

1.4 Cơ chế khuếch đại trong EDFA

Để đạt được sự nghịch đảo dân số, các ion Er3+ được bơm ở mức trung gian 2. Trong phương pháp gián tiếp (bơm 980-nm), các ion Er3+ được di chuyển liên tục từ mức 1 đến mức 3. Tiếp theo là quá trình phân rã không bức xạ đến mức 2, từ nơi chúng rơi xuống mức 1, phát ra các tín hiệu quang ở bước sóng mong muốn là 1500–1600 nm.Đây được gọi là cơ chế khuếch đại 3 cấp.

Để biết thêm các sản phẩm pha tạp Erbium, vui lòng xem trên trang web của chúng tôi.

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

E-mail:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Fax: +86-2887897578

Địa chỉ: Số 23, đường Chaoyang, đường Xihe, quận Longquanyi, Thành Đô, 610107, Trung Quốc.