Какво представляват EDFA и EYDFA?

EDFA е активно оптично устройство, което усилва слабите 1550nm оптични сигнали чрез допиране на сърцевината на оптично влакно с редки земни елементи "ербий (er)", използвайки стимулирания емисионен ефект на ербийните йони.

Основни характеристики:Нисък шум, висока печалба, широка честотна лента

Портове:

1. Вход на сигнала (IN): Свържете слабия сигнал 1550Nm, който трябва да бъде амплифициран (като сигнала след загуба на оптично предаване на влакна, или слабият сигнал преди приемника). Входната мощност обикновено е от -30 до -10 dBm и трябва да съответства на типа на оптичното влакно (напр. SMF -28).

2. Изходният порт на сигнала (вън): Изхожда усиления сигнал 1550Nm (за последващо предаване или приемане). Изходната мощност обикновено е между 0 до 20dBm (ниво на миливат), с ниско отражение (за да се избегне възвръщаемостта на сигнала).

3. Порт на помпата: Свързва се с лазера на помпата, за да осигури енергия на възбуждане за ербиевите йони (основен вход на енергия). Основни дължини на вълната на помпата: 980nm (нисък шум) или 1480nm (висока печалба); захранване на помпата 100 ~ 500MW.

4. Порт за наблюдение (mon): Извлича 1% ~ 5% от изходния сигнал за реално - наблюдение на времето на мощността на амплифицирания сигнал и стабилността на дължината на вълната (за оперативна употреба). Изходната мощност е много по -ниска от основния сигнал (обикновено -20 ~ -10dbm), което не влияе на предаването на основния сигнал.

Принцип на работа:

1. Включване на помпа (инжектиране на енергия) Лазерът на помпата инжектира 980nm/1480nm помпата светлина през „помпата на помпата“, а er³⁺ йони в сърцевината абсорбират енергията на изпомпване, преминавайки от основното състояние (4i₁₅/₂) до високо - енергийно възбудено състояние (980nm → 4i₁₁/₂;

2. Инверсия на популацията (условие за усилване) Високите - Енергията er³⁺ йони са силно нестабилни и бързо падат в метастабилно състояние (4i₁₃/₂) чрез "non - радиативни преходи" (с живот от около 10ms, което позволява дълги - срочно задържане); Когато броят на ER³⁺ йони в метастабилно състояние значително надвишава този на йони на основното състояние, възниква "инверсия на популацията" (основно условие за оптично усилване).

3. Сигнална усилване (стимулирана емисия) Сигналната светлина от 1550NM, която трябва да бъде амплифицирана, влиза в легираното влакно Erbium - чрез "входния порт." Енергията на фотона на сигналната светлина перфектно съвпада с енергията на прехода от метастабилно състояние към основното състояние на er³⁺ йони, вълнуващи метастабилните er³⁺ йони за бързо преминаване обратно към основното състояние и освобождаване на нови фотони, които са идентични по честота, фаза и поляризация към сигналната светлина; Тези нови фотони свръхпроводимо се комбинират с оригиналната сигнална светлина, постигайки „експоненциално усилване“ на сигналната мощност, която в крайна сметка се извежда през „изходния порт“.

Приложения:

1. Дълъг - Оптична мрежа за комуникация на оптичните влакна, служеща като "линеен усилвател", внедрен в междуградски и трансокеански оптични кабели, за да се компенсира затихването на сигнала.

2. Оптически терминал за комуникация на влакната, където крайният край на приемника действа като усилвател Pre - за усилване на слабите сигнали, подобрявайки получаването на чувствителност на мобилните базови станции и оптичните модеми. В края на предавателя той действа като мощност усилвател, за да увеличи леко мощността на предаване, като оптичния изход на сигнала на 5G базови станции.

3. В системите на CATV (кабелна телевизия) усилването на телевизионните сигнали в обхвата на дължината на вълната 1550NM за постигане на покритие за стотици километри, като се избягва влошаването на качеството на картината поради затихване.

4. Системи за оптични влакна, усилващи слаби оптични сигнали от сензори за напрежение и температура, като реални - мониторинг на времето на мостове и нефтени и газопроводи, удължаване на разстоянието за сензор (до над 100 километра).

Допинг както на ербийните йони, така и итербиевите йони в ядрото на оптичните влакна, използвайки механизма на итербиеви йони, „ефективно абсорбираща светлината на помпата и прехвърляйки енергия към ербийните йони“, постига пробиване на мощни оптични усилвателни устройства за сигнал в 1550NM лентата на дължината на вълната, пробивайки се през границите на мощност на EDFA.

Основни характеристики:В сравнение с EDFA, той има по -висока ефективност на абсорбция на помпата, по -силна висока толерантност на мощността и по -висока мощност на изхода.

Портове:

1. Порт на вход на сигнала (IN): Свързва се към сигнал 1550Nm (слаб или среден сигнал за мощност), с по-широк диапазон на входната мощност (-20 до 0DBM) и висока толерантност на мощността (за да се избегне изгарянето).

2. Изходният порт на сигнала (OUT): Изходни сигнали с висока мощност 1550 nm (за лазерни приложения или предаване на висока мощност), с изходна мощност, варираща от 1W до 1kW (от Watt до Kilowatt ниво), като се изискват конектори с висока мощност (като FC/APC версия с висока мощност), с защита на изгарянето и профилактика на изтичане на светлина.

3. Порт на помпата: Множество помпи могат да бъдат инжектирани в комбинация, за да се увеличи общата мощност на помпата (сърцевината на високата мощност). Дължини на вълната на помпата: 808nm (ниска цена) или 915nm (висока ефективност); Единичната помпа от 5 до 20W, общата мощност на множество помпи може да достигне над 50W.

4. Порт за мониторинг/контрол: ① Променя изходна мощност и температура (за да се избегне прегряване); ② Модул за външно управление за регулиране на мощността/усилването на помпата. Портът за мониторинг извлича 0,1% до 1% от сигнала (за да се избегне влиянието на високата мощност); Контролният порт поддържа RS485/Ethernet протокол.

Принцип на работа:

1. Предпочитание за възбуждане на помпа (Ytterbium йон) Multi - лазери помпа инжектиране на помпата при 808nm/915nm през „помпата помпа“. Итербиевите йони (Yb³⁺) в основата на влакната за предпочитане абсорбират енергия, преминавайки от основното състояние (²f₇/₂) в възбудено състояние (²f₅/₂).

2. Прехвърляне на енергия (итербий към ербий) Вълнуваните итербиеви йони не излъчват пряко фотони; Вместо това те ефективно прехвърлят енергия в съседни ербиеви йони (er³⁺) чрез "не - радиационен пренос на енергия", позволявайки на ербиевите йони да преминат от основното състояние (4i₁₅/₂) в метастабилно състояние (4i₁₃/₂). Тази стъпка се занимава с ниската ефективност на директната абсорбция на помпата на помпата в EDFA и избягва енергийните отпадъци, причинени от високи концентрации на ербиеви йони.

3. Сигнално усилване (емисия на ербий -йон) в съответствие с EDFA: сигналната светлина от 1550 nm вълнува метастабируеми ербиеви йони към преход, освобождавайки честотата - съвпадащи фотони за постигане на усилване на сигнала. Поради по -силната енергия, прехвърлена от итербиевите йони, тя може да поддържа по -висок изход на сигнала на мощност (Watt - ниво / Kilowatt - ниво).

Приложения:

1. Висока - комуникация с мощни влакна, използвана като "усилвател на мощността" за мрежите на столичния район и мрежите за достъп, повишава общата изходна мощност на сигналите на Multi -, като в крайградските оптични мрежи, обхващащи повече от 50 километра.

2. Индустриални - лазери от влакна, служещи като устройства за усилване на основните, изходни киловат - ниво 1550nm лазери, използвани за рязане на метали (неръждаема стомана, алуминиева сплав), заваряване и повърхностна обработка (като производство на автомобилни, аероприпаси).

3. Медицинско лазерно оборудване, извеждане на ват - лазери на ниво, използвани за офталмологична хирургия (като лечение с катаракта), дерматологични лечения (като премахване на пигментация, отстраняване на косата) - 1550nm дължината на вълната има умерено проникване на тъкан в човешкото тяло с увреждане на минималното увреждане.

4. Космическа оптична комуникация, където EYDFA действа като усилвател на захранването на наземната станция в сателит - до - заземяване на лазерни комуникации, извеждане на високо - сигнали за захранване за преодоляване на атмосферната загуба, като лазерно предаване на данни от Beidou Satellites.

5. В областта на научните изследвания, използвани за лазерен спектрален анализ, LiDAR (като мониторинг на атмосферни замърсители) и като източник на лазерно шофиране за инерционен затвор (ICF).