Prinsip dan AplikasiPenguat serat erbium-doped EDFA
Struktur dasar dariBahasa Indonesia: EDFAPenguat serat terdoping erbium, yang terutama terdiri dari media aktif (serat kuarsa terdoping sepanjang puluhan meter, diameter inti 3-5 mikron, konsentrasi doping (25-1000)x10-6), sumber cahaya pompa (LD 990 atau 1480nm), kopler optik, dan isolator optik. Cahaya sinyal dan cahaya pompa dapat merambat ke arah yang sama (pemompaan bersama), arah yang berlawanan (pemompaan terbalik), atau kedua arah (pemompaan dua arah) dalam serat Erbium. Ketika cahaya sinyal dan cahaya pompa disuntikkan ke dalam 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 sesuai dengan 1530 nm dan 1550 nm.
Keuntungan utama dariPenguat EDFAadalah gain tinggi, bandwidth besar, daya keluaran tinggi, efisiensi pemompaan tinggi, kehilangan penyisipan rendah, dan tidak peka terhadap kondisi polarisasi.
Prinsip kerja penguat serat terdoping erbium
Penguat serat terdoping Erbium (Penguat Optik EDFA） terutama terdiri dari serat yang didoping erbium (panjangnya sekitar 10-30m) dan sumber cahaya pompa. Prinsip kerjanya adalah serat yang didoping erbium 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. Hasilnya menunjukkan bahwa penguatan penguat serat yang didoping Erbium biasanya 15-40db, dan jarak relai dapat ditingkatkan lebih dari 100km. Jadi, 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 elemen tanah jarang, dan elemen tanah jarang memiliki karakteristik struktural khusus. Doping elemen tanah jarang dalam perangkat optik telah digunakan sejak lama untuk meningkatkan kinerja perangkat optik, jadi ini bukan faktor yang tidak disengaja. Selain itu, mengapa panjang gelombang sumber cahaya pompa dipilih pada 980nm atau 1480nm? Faktanya, panjang gelombang sumber cahaya pompa dapat berupa 520nm, 650nm, 980nm, dan 1480nm, tetapi praktik telah membuktikan bahwa panjang gelombang sumber cahaya pompa 1480nm memiliki efisiensi laser tertinggi, diikuti oleh panjang gelombang sumber cahaya pompa 980nm.
Struktur fisik
Struktur dasar penguat serat erbium-doped (Penguat Optik EDFA). Ada isolator di ujung input dan ujung output, tujuannya adalah untuk membuat sinyal optik transmisi satu arah. Pompa eksitasi memiliki panjang gelombang 980nm atau 1480nm dan digunakan untuk menyediakan energi. Fungsi coupler adalah untuk menggandeng sinyal optik input dan cahaya pompa ke serat erbium-doped, dan mentransfer energi cahaya pompa ke sinyal optik input melalui aksi serat erbium-doped, sehingga mewujudkan amplifikasi energi dari sinyal optik input. Untuk mendapatkan daya optik output yang lebih tinggi dan indeks noise yang lebih rendah, penguat serat erbium-doped yang digunakan dalam praktik mengadopsi struktur dua atau lebih sumber pompa dengan isolator di tengah untuk mengisolasi satu sama lain. Untuk mendapatkan kurva penguatan yang lebih lebar dan lebih datar, filter perataan penguatan ditambahkan.
EDFA terdiri dari lima bagian utama: serat Erbium-doped (EDF), Optical coupler (WDM), optical isolator (ISO), Optical Filter, dan Pumping Supply. 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 noise sumber cahaya pompa 980nm lebih rendah; Sumber cahaya pompa 1480nm memiliki efisiensi pemompaan yang lebih tinggi dan dapat memperoleh 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 disambungkan dengan serat transmisi.
3. Efisiensi konversi energi 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 sangat penuh, ditambah dengan panjang serat erbium-doped yang sesuai, sehingga efisiensi konversi energi cahaya tinggi.
4. Penguatan tinggi, indeks derau 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 semakin baik. Ketika daya optik ditingkatkan hingga batas tertentu, efek nonlinier serat optik akan dihasilkan. Oleh karena itu, saat menggunakan penguat serat optik, perhatian harus diberikan pada nilai pengendalian daya optik serat masuk saluran tunggal.
2. Kisaran panjang gelombang penguatan tetap: kisaran panjang gelombang kerja EDFA pita-C adalah 1530nm~1561nm; kisaran panjang gelombang kerja EDFA pita-L adalah 1565nm~1625nm.
3. Bandwidth gain yang tidak merata: Bandwidth gain dari penguat serat EDFA yang didoping erbium sangat lebar, tetapi spektrum gain dari 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 penguatan cahaya sinyal. Jika cahaya masukan terpotong, karena ion erbium metastabil terus terakumulasi, setelah masukan cahaya sinyal dipulihkan, energi akan melonjak, yang 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 input, sehingga menekan terjadinya fenomena lonjakan.
Mode aplikasi
1. Penguat penguat 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. Memiliki daya keluaran yang 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. Pre-Amplifier: Sebelum splitter dan setelah line amplifier, digunakan untuk memperkuat sinyal dan meningkatkan sensitivitas penerima (jika rasio sinyal optik terhadap derau (OSNR) memenuhi persyaratan, daya input yang lebih besar dapat menekan derau penerima itu sendiri dan meningkatkan sensitivitas penerimaan), dan indeks derau sangat kecil. Tidak ada persyaratan besar pada daya output.
Waktu posting: 17-Mar-2025