Amplificadors de fibra dopada amb erbi (EDFA)

Els amplificadors de fibra dopada amb erbi (EDFA) utilitzen elements de terres rares com l'erbi (Er3+) com a mitjà d'amplificació.Es dopa al nucli de fibra durant el procés de fabricació.Consisteix en una peça curta de fibra (normalment 10 m aproximadament) feta de vidre a la qual s'afegeix una petita quantitat controlada d'erbi com a dopant en forma d'ió (Er3+).Així, la fibra de sílice actua com a medi hoste.Són els dopants (erbi) més que la fibra de sílice els que determinen la longitud d'ona de funcionament i l'amplada de banda de guany.Els EDFA generalment operen a la regió de longitud d'ona de 1550 nm i poden oferir capacitats superiors a 1 Tbps.Per tant, s'utilitzen àmpliament en sistemes WDM.

El principi d'emissió estimulada és aplicable al mecanisme d'amplificació de l'EDFA.Quan el dopant (un ió erbi) es troba en un estat d'alta energia, un fotó incident del senyal òptic d'entrada l'estimularà.Allibera part de la seva energia al dopant i torna a un estat de menor energia ("emissió estimulada") que és més estable.La figura següent mostra l'estructura bàsica d'un EDFA.

1.1 Estructura bàsica d'un EDFA

El díode làser de la bomba produeix normalment un senyal òptic de longitud d'ona (a 980 nm o 1480 nm) a gran potència (~ 10-200 mW).Aquest senyal s'acobla amb el senyal d'entrada de llum a la secció dopada amb erbi de la fibra de sílice mitjançant l'acoblador WDM.Els ions d'erbi absorbiran aquesta energia de senyal de bomba i saltaran al seu estat excitat.Una part del senyal de llum de sortida s'aprofita i es retroalimenta a l'entrada del làser de la bomba a través del filtre òptic i el detector.Això serveix com a mecanisme de control de la potència de retroalimentació per fer que els EDFA siguin amplificadors autorreguladors.Quan es consumeixen tots els electrons metaestables, no es produeix cap més amplificació.Per tant, el sistema s'estabilitza automàticament perquè la potència òptica de sortida de l'EDFA es manté gairebé constant independentment de la fluctuació de la potència d'entrada, si n'hi ha.

1.2 Esquema funcional simplificat d'un EDFA

La figura anterior mostra l'esquema funcional simplificat d'un EDFA en què s'afegeix un senyal de bomba del làser a un senyal òptic d'entrada (a 1480 nm o 980 nm) mitjançant un acoblador WDM.

Aquest diagrama mostra un amplificador EDF molt bàsic.La longitud d'ona del senyal de la bomba (amb una potència de bomba d'uns 50 mW) és de 1480 nm o 980 nm.Una part d'aquest senyal de bomba es transfereix al senyal òptic d'entrada per emissió estimulada dins d'una curta longitud de fibra dopada amb Erbi.Té un guany òptic típic d'uns 5-15 dB i una xifra de soroll inferior a 10 dB.Per a un funcionament de 1550 nm, és possible obtenir un guany òptic de 30-40 dB.

1.3 Realització pràctica d'un EDFA

La figura anterior mostra un funcionament simplificat d'un EDFA amb la seva estructura pràctica quan s'utilitza en l'aplicació WDM.

Com es mostra, inclou les parts principals següents:

• Un aïllador a l'entrada.Això evita que el soroll generat per un EDFA es propagui cap a l'extrem del transmissor.

• Un acoblador WDM.Combina el senyal de dades d'entrada òptica de baixa potència de 1550 nm amb un senyal òptic de bombeig d'alta potència (des d'una font de bomba com el làser) a una longitud d'ona de 980 nm.

• Una petita secció de fibra de sílice dopada amb erbi.De fet, aquest serveix com a mitjà actiu de l'EDFA.

• Un aïllant a la sortida.Ajuda a evitar que qualsevol senyal òptic retro-reflectat entri a la fibra de sílice dopada amb erbi.

El senyal de sortida final és un senyal de dades òptiques de longitud d'ona amplificada de 1550 nm amb un senyal de bomba de longitud d'ona residual de 980 nm.

Tipus d'amplificadors de fibra dopada amb erbi (EDFA)

Hi ha dos tipus d'estructures d'amplificadors de fibra dopada amb erbi (EDFA):

• EDFA amb bomba de copropagació

• EDFA amb bomba de contrapropagació

La figura següent mostra les disposicions de bombes de contrapropagació i bombes bidireccionals que es poden utilitzar en estructures EDFA.

Diferents arranjaments de bombes

Una bomba de co-propagació EDFA presenta una potència òptica de sortida més baixa amb baix soroll;mentre que una bomba de contrapropagació EDFA proporciona una potència òptica de sortida més alta, però també produeix un soroll més gran.En un EDFA comercial típic, s'utilitza una bomba bidireccional amb bombeig de co-propagació i contra-propagació simultània que dóna com a resultat un guany òptic relativament uniforme.

Aplicació d'EDFA com a amplificador, en línia i preamplificador

En una aplicació de llarg recorregut d'un enllaç de comunicació de fibra òptica, els EDFA es poden utilitzar com a amplificador de reforç a la sortida del transmissor òptic, un amplificador òptic en línia juntament amb la fibra òptica, així com un preamplificador just abans del receptor, tal com es mostra a la figura anterior.

Es pot assenyalar que els EDFA en línia es col·loquen a una distància de 20 a 100 km depenent de la pèrdua de fibra.El senyal d'entrada òptic té una longitud d'ona d'1,55 μm, mentre que els làsers de bomba operen a una longitud d'ona d'1,48 μm o 980 nm.La longitud típica de la fibra dopada amb erbi és de 10 a 50 m.

Mecanisme d'amplificació en EDFA

Com s'ha dit anteriorment, el mecanisme d'amplificació en un EDFA es basa en una emissió estimulada similar a la del làser.L'alta energia del senyal de la bomba òptica (produïda per un altre làser) excita els ions d'erbi dopants (Er3+) en una fibra de sílice a l'estat d'energia superior.El senyal de dades òptiques d'entrada estimula la transició dels ions d'erbi excitats a l'estat d'energia més baixa i dóna lloc a la radiació de fotons amb la mateixa energia, és a dir, la mateixa longitud d'ona que la del senyal òptic d'entrada.

Diagrama de nivell d'energia: Els ions d'erbi lliure presenten nivells discrets de la banda d'energia.Quan els ions d'erbi es dopen en una fibra de sílice, cadascun dels seus nivells d'energia es divideix en una sèrie de nivells estretament relacionats per formar una banda d'energia.

1.4 Mecanisme d'amplificació en EDFA

Per aconseguir la inversió de la població, els ions Er3+ es bombegen al nivell intermedi 2. En el mètode indirecte (bombament de 980 nm), els ions Er3+ es mouen contínuament del nivell 1 al nivell 3. El segueix una desintegració no radiativa al nivell 2, des del nivell 2. on cauen al nivell 1, irradiant els senyals òptics a la longitud d'ona desitjada de 1500-1600 nm.Això es coneix com a mecanisme d'amplificació de 3 nivells.

Per obtenir més productes dopats amb erbi, feu una ullada al nostre lloc web.

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

Correu electrònic:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Fax: +86-2887897578

Afegiu: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi distrcit, Chengdu, 610107, Xina.