◆Ciri dan aplikasi gentian-penguat terdop
Anpenguat optikialah peranti yang secara langsung boleh menguatkan isyarat optik yang lemah. Ia menguatkan cahaya kejadian yang lemah berdasarkan prinsip pelepasan terstimulasi atau serakan terstimulasi, dan mekanismenya adalah sama seperti laser. Malah, secara struktur, penguat optik ialah laser dengan sedikit atau tiada maklum balas. Keuntungan optik dicapai apabila medium optik mengalami penyongsangan populasi di bawah tindakan arus pam atau cahaya pam, dengan itu merealisasikan penguatan optik. Bahagian ini memperkenalkan jenis penguat optik yang biasa digunakan dan memfokuskan pada prinsip dan aplikasi penguat gentian terdop-erbium.
Klasifikasi penguat optik
Penguat optik boleh dikelaskan secara meluas kepada tiga jenis berdasarkan prinsip operasinya
1
2
3
Jenis penguat optik ini berbeza dalam prinsip operasi dan kaedah pengujaan.
Prinsip kerja penguat gentian balast
struktur EDFA
Erbium-penguat gentian terdop (EDFA) ialah peranti yang menggunakan-gentian terdop erbium sebagai medium perolehan untuk menguatkan cahaya isyarat menggunakan cahaya pam yang dipancarkan daripada diod laser. Struktur penguat gentian terdop-erbium ditunjukkan dalam rajah.
Pemultipleks pembahagian panjang gelombang, juga dikenali sebagai pemultipleks, menggabungkan cahaya pam dan lampu isyarat dengan panjang gelombang 980/1550nm atau 1480/1550nm sebelum memasukkannya ke dalam gentian terdop erbium-. Ia memerlukan kehilangan sisipan yang rendah dan ketidakpekaan terhadap polarisasi cahaya.
Pengasing optik memastikan penghantaran cahaya satu arah, menghalang pantulan cahaya kembali ke peranti asal, kerana pantulan sedemikian meningkatkan hingar penguat dan mengurangkan kecekapan penguatan.
Fungsi penapis optik adalah untuk menapis bunyi di luar lebar jalur kendalian penguat optik, dengan itu meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi sistem.
Erbium-fiber doped ialah komponen teras EDFA (Electrium-Penguat Berdop). Ia menggunakan gentian silika sebagai matriks dan mencampurkan teras dengan ion erbium, bahan kerja laser keadaan pepejal-. Dalam beberapa meter hingga puluhan meter gentian terdop-erbium, cahaya berinteraksi dengan jirim itu dan dikuatkan serta dipertingkatkan.
Diameter medan mod (MFD) erbium-gentian dop ialah 3–6 μm, jauh lebih kecil daripada gentian konvensional (9–16 μm). Ini adalah untuk meningkatkan ketumpatan tenaga lampu isyarat dan lampu pam, dengan itu meningkatkan kecekapan interaksi mereka. Walau bagaimanapun, diameter teras yang dikurangkan bagi gentian terdop-juga membawa kepada ketidakpadanan medan mod dengan gentian konvensional, mengakibatkan pantulan dan kehilangan sambungan yang lebih besar. Penyelesaiannya adalah dengan membius gentian dengan sedikit fluorin untuk menurunkan indeks biasan, dengan itu meningkatkan diameter medan mod untuk mencapai tahap padanan dengan gentian konvensional. Selain itu, semasa penyambungan gabungan, ketidakpadanan diameter medan mod boleh dikurangkan dengan menggunakan gentian peralihan atau memanjangkan penyambung gentian konvensional untuk mengurangkan diameter teras.
Untuk mencapai penguatan yang lebih cekap, semasa fabrikasi erbium-gentian dop, kebanyakan ion tertumpu di kawasan tengah teras gentian. Ini kerana, dalam gentian optik, medan cahaya isyarat dan cahaya pam boleh dianggap kira-kira teragih Gaussian, dengan keamatan cahaya terkuat di sepanjang paksi teras gentian. Kehadiran ion molibdenum di kawasan paraxial membolehkan interaksi yang lebih besar antara cahaya dan jirim, dengan itu meningkatkan kecekapan penukaran tenaga. Bergantung pada penggunaan erbium-penguat gentian terdop (EDFA), pelbagai jenis gentian terdop-terdapat untuk reka bentuk EDFA. Contohnya, jenis EDF-PAX-01 digunakan untuk mereka bentuk dalam-penguat dan prapenguat litar, mempamerkan lebar jalur keuntungan rata dan lebar; jenis EDF-LAX-01 boleh digunakan dalam penguat dalam litar, menawarkan kecekapan penukaran kuasa tinggi dan hingar yang rendah; dan jenis EDF-BAX-01 menyediakan kuasa keluaran yang tinggi, dsb.
Parameter Asas Erbium-Fiber Doped
| Parameter | EDF-PAX-01 | EDF-LAX-01 | EDF-BAX-01 | EDF-HCX-01 |
|---|---|---|---|---|
| Bukaan Berangka (NA) | 0.24 ± 0.02 | 0.24 ± 0.02 | 0.22 ± 0.02 | 0.24 ± 0.02 |
| Potong-Panjang Gelombang (nm) | 953 ± 35 | 953 ± 35 | 920 ± 40 | 920 ± 40 |
| Penyerapan Teras Puncak @ 1530 nm (dB/m) | Kurang daripada atau sama dengan 1529.5 | 1530.5 ± 0.5 | 1531 ± 0.5 | 1530 ± 1 |
| Pelemahan Puncak @ 980 nm (dB/m) | 7 ± 2 | 7 ± 2 | 5 ± 2 | 8.5 ± 2 |
| Pelemahan @ 980 nm (dB/m) | 5 ± 1.5 | 5 ± 1.5 | 3.55 ± 1.5 | 8.5 ± 2 |
| Kehilangan Latar Belakang @ 1200 nm (dB/km) | < 35 | < 15 | < 15 | < 15 |
| Kuasa Tepu @ 1530 nm (mW) | 0.17 | 0.15 | 0.18 | 0.20 |
| Diameter Medan Mod @ 1550 nm (μm) | 4.8 ~ 5.9 | 4.8 ~ 5.9 | 5.2 ~ 6.6 | 4.8 ~ 6 |
Sumber pam ialah satu lagi komponen teras EDFA (Electro-Penguat Gentian Optik Doped). Ia menyediakan tenaga yang mencukupi untuk penguatan isyarat optik, syarat yang diperlukan untuk mencapai penyongsangan populasi zarah pengaktif. Memandangkan sumber pam secara langsung menentukan prestasi EDFA, ia dikehendaki mempunyai kuasa keluaran yang tinggi, kestabilan yang baik, dan jangka hayat yang panjang. Sumber pam EDFA praktikal adalah semua diod laser, dengan panjang gelombang pam 980nm dan 1480nm. Sumber pam 980nm lebih biasa digunakan kerana kelebihan bunyi yang rendah, kecekapan pam yang tinggi dan kuasa sehingga beberapa ratus miliwatt.
Lampu dan isyarat pam memasuki gentian optik secara serentak. Lampu pam adalah paling kuat pada salur masuk gentian terdop-erbium. Apabila ia merambat sepanjang gentian, ia secara beransur-ansur memindahkan tenaga kepada lampu isyarat, meningkatkan kekuatan isyarat manakala kekuatannya sendiri berkurangan secara beransur-ansur.
Kuasa keluaran dan ciri-ciri bunyi di bawah kaedah pengepaman yang berbeza dibandingkan dalam rajah berikut. Rajah a menunjukkan hubungan antara kuasa isyarat optik keluaran dan kuasa optik pam; kecekapan penukaran pembezaan bagi tiga kaedah pengepaman ialah 61%, 76%, dan 77%, masing-masing. Rajah b menunjukkan hubungan antara angka hingar dan kuasa optik keluaran penguat. Apabila kuasa optik output meningkat, nombor penyongsangan zarah berkurangan, mengakibatkan peningkatan dalam angka hingar. Rajah c menunjukkan hubungan antara angka hingar dan panjang erbium-gentian terdop. Seperti yang dapat dilihat daripada rajah, tanpa mengira panjang erbium-gentian terdop, EDFA dengan kaedah pengepam-bersama mempunyai bunyi yang paling rendah.
