Prinsip dan penerapanPenguat serat erbium-doped EDFA
Struktur dasar dariEDFAPenguat serat erbium-doped, yang terutama terdiri dari media aktif (serat kuarsa terdoping puluhan meter panjangnya, diameter inti 3-5 mikron, konsentrasi doping (25-1000)x10-6), sumber cahaya pompa (990 atau 1480nm LD), coupler optik dan isolator optik. Cahaya sinyal dan cahaya pompa dapat merambat dalam arah yang sama (co-pumping), arah yang berlawanan (reverse pumping), atau kedua arah (bidirectional pumping) dalam serat Erbium. Ketika cahaya sinyal dan cahaya pompa disuntikkan ke serat erbium pada saat yang sama, ion erbium tereksitasi ke tingkat energi tinggi (sistem tiga tingkat) di bawah aksi cahaya pompa, dan segera meluruh ke tingkat metastabil. Ketika kembali ke keadaan dasar di bawah aksi cahaya sinyal insiden, foton yang sesuai dengan cahaya sinyal dipancarkan, sehingga sinyal diperkuat. Spektrum emisi spontan yang diperkuat (ASE) memiliki lebar pita yang besar (hingga 20-40 nm) dan memiliki dua puncak yang masing-masing bersesuaian dengan 1530 nm dan 1550 nm.
Keuntungan utama dariPenguat EDFAadalah penguatan tinggi, lebar pita besar, daya keluaran tinggi, efisiensi pemompaan tinggi, rugi penyisipan rendah, dan tidak peka terhadap keadaan polarisasi.
Prinsip kerja penguat serat erbium-doped
Penguat serat terdoping erbium（Penguat Optik EDFA） terutama terdiri dari serat erbium-doped (panjang sekitar 10-30m) dan sumber cahaya pompa. Prinsip kerjanya adalah serat erbium-doped menghasilkan radiasi terstimulasi di bawah aksi sumber cahaya yang dipompa (panjang gelombang 980nm atau 1480nm), dan cahaya yang dipancarkan berubah dengan perubahan sinyal cahaya input, yang setara dengan memperkuat sinyal cahaya input. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penguatan penguat serat erbium-doped biasanya 15-40db, dan jarak relai dapat ditingkatkan lebih dari 100km. Jadi, orang-orang tidak dapat menahan diri untuk bertanya: mengapa para ilmuwan berpikir untuk menggunakan erbium yang didoping dalam penguat serat untuk meningkatkan intensitas gelombang cahaya? Kita tahu bahwa erbium adalah unsur tanah jarang, dan unsur tanah jarang memiliki karakteristik struktural khusus. Doping unsur tanah jarang dalam perangkat optik telah lama digunakan untuk meningkatkan kinerja perangkat optik, jadi ini bukan faktor yang tidak disengaja. Selain itu, mengapa panjang gelombang sumber cahaya pompa dipilih pada 980 nm atau 1480 nm? Sebenarnya, panjang gelombang sumber cahaya pompa bisa 520 nm, 650 nm, 980 nm, dan 1480 nm, tetapi praktik telah membuktikan bahwa efisiensi laser sumber cahaya pompa pada panjang gelombang 1480 nm adalah yang tertinggi, diikuti oleh panjang gelombang sumber cahaya pompa 980 nm.
Struktur fisik
Struktur dasar penguat serat erbium-doped (Penguat Optik EDFA). Terdapat isolator di ujung masukan dan ujung keluaran, yang bertujuan untuk menjadikan transmisi sinyal optik satu arah. Pompa eksitasi memiliki panjang gelombang 980 nm atau 1480 nm dan digunakan untuk menyediakan energi. Fungsi penggandeng adalah untuk menggandeng sinyal optik masukan dan cahaya pompa ke dalam serat erbium-doped, dan mentransfer energi cahaya pompa ke sinyal optik masukan melalui aksi serat erbium-doped, sehingga mewujudkan penguatan energi sinyal optik masukan. Untuk memperoleh daya optik keluaran yang lebih tinggi dan indeks derau yang lebih rendah, penguat serat erbium-doped yang digunakan dalam praktik mengadopsi struktur dua atau lebih sumber pompa dengan isolator di tengah untuk saling mengisolasi. Untuk memperoleh kurva penguatan yang lebih lebar dan lebih datar, ditambahkan filter perataan penguatan.
EDFA terdiri dari lima bagian utama: serat doping erbium (EDF), kopler optik (WDM), isolator optik (ISO), filter optik, dan suplai pompa. Sumber pompa yang umum digunakan meliputi 980nm dan 1480nm, dan kedua sumber pompa ini memiliki efisiensi pemompaan yang lebih tinggi dan lebih banyak digunakan. Koefisien derau sumber cahaya pompa 980nm lebih rendah; sumber cahaya pompa 1480nm memiliki efisiensi pemompaan yang lebih tinggi dan dapat menghasilkan daya keluaran yang lebih besar (sekitar 3dB lebih tinggi daripada sumber cahaya pompa 980nm).
keuntungan
1. Panjang gelombang operasi konsisten dengan jendela redaman minimum serat mode tunggal.
2. Efisiensi kopling tinggi. Karena merupakan penguat serat, mudah untuk dikopel dengan serat transmisi.
3. Efisiensi konversi energi yang tinggi. Inti EDF lebih kecil daripada inti serat transmisi, dan cahaya sinyal serta cahaya pompa ditransmisikan secara bersamaan dalam EDF, sehingga kapasitas optiknya sangat terkonsentrasi. Hal ini membuat interaksi antara cahaya dan ion Er medium penguatan menjadi sangat intensif, ditambah dengan panjang serat doping erbium yang sesuai, sehingga efisiensi konversi energi cahaya menjadi tinggi.
4. Penguatan tinggi, indeks kebisingan rendah, daya keluaran besar, crosstalk rendah antar saluran.
5. Karakteristik penguatan yang stabil: EDFA tidak sensitif terhadap suhu, dan penguatan memiliki sedikit korelasi dengan polarisasi.
6. Fitur penguatan tidak bergantung pada laju bit dan format data sistem.
kekurangan
1. Efek nonlinier: EDFA memperkuat daya optik dengan meningkatkan daya optik yang disuntikkan ke dalam serat, tetapi semakin besar daya optik, semakin baik. Ketika daya optik ditingkatkan hingga batas tertentu, efek nonlinier serat optik akan dihasilkan. Oleh karena itu, saat menggunakan penguat serat optik, perlu diperhatikan pentingnya mengendalikan daya optik serat optik saluran tunggal yang masuk.
2. Rentang panjang gelombang penguatan tetap: rentang panjang gelombang kerja EDFA pita-C adalah 1530nm~1561nm; rentang panjang gelombang kerja EDFA pita-L adalah 1565nm~1625nm.
3. Bandwidth gain tidak merata: Bandwidth gain penguat serat EDFA yang didoping erbium sangat lebar, tetapi spektrum gain EDF sendiri tidak datar. Filter perataan gain harus digunakan untuk meratakan gain dalam sistem WDM.
4. Masalah lonjakan cahaya: Ketika lintasan cahaya normal, ion erbium yang tereksitasi oleh cahaya pompa terbawa oleh cahaya sinyal, sehingga melengkapi amplifikasi cahaya sinyal. Jika cahaya masukan terpotong, karena ion erbium metastabil terus terakumulasi, setelah masukan cahaya sinyal dipulihkan, energi akan melonjak, mengakibatkan lonjakan cahaya.
5. Solusi untuk lonjakan optik adalah dengan mewujudkan fungsi pengurangan daya optik otomatis (APR) atau penonaktifan daya optik otomatis (APSD) di EDFA, yaitu, EDFA secara otomatis mengurangi daya atau secara otomatis mematikan daya saat tidak ada cahaya masukan, sehingga menekan terjadinya fenomena lonjakan.
Mode aplikasi
1. Penguat penguat (booster) digunakan untuk meningkatkan daya sinyal beberapa panjang gelombang setelah gelombang penguat, dan kemudian mengirimkannya. Karena daya sinyal setelah gelombang penguat umumnya besar, indeks derau dan penguatan penguat daya tidak terlalu tinggi. Daya keluarannya relatif besar.
2. Penguat saluran, setelah Penguat daya, digunakan untuk mengkompensasi kehilangan transmisi saluran secara periodik, umumnya memerlukan indeks derau yang relatif kecil dan daya optik keluaran yang besar.
3. Pra-Penguat: Sebelum splitter dan setelah penguat saluran, digunakan untuk memperkuat sinyal dan meningkatkan sensitivitas penerima (jika rasio sinyal-terhadap-derau optik (OSNR) memenuhi persyaratan, daya masukan yang lebih besar dapat meredam derau penerima itu sendiri dan meningkatkan sensitivitas penerimaan), dan indeks derau sangat kecil. Tidak ada persyaratan yang besar pada daya keluaran.
Waktu posting: 17-Mar-2025