EDFA และ EYDFA คืออะไร?

EDFA เป็นอุปกรณ์ออพติคอลที่ใช้งานอยู่ซึ่งขยายสัญญาณแสง 1550nm ที่อ่อนแอโดยการเติมแกนกลางของใยแก้วนำแสงที่มีองค์ประกอบของโลกหายาก "Erbium (ER)" โดยใช้ผลการปล่อยไอออนของ Erbium

คุณสมบัติที่สำคัญ:เสียงรบกวนต่ำ, อัตราขยายสูง, แบนด์วิดท์กว้าง

พอร์ต:

1. พอร์ตอินพุตสัญญาณ (IN): เชื่อมต่อสัญญาณที่อ่อนแอ 1550Nm ที่ต้องขยาย (เช่นสัญญาณหลังจากการสูญเสียการส่งผ่านเส้นใยออปติคอลหรือสัญญาณอ่อนก่อนรับสัญญาณ) โดยทั่วไปแล้วกำลังไฟอินพุตคือ -30 ถึง -10 dBm และต้องตรงกับประเภทของเส้นใยออปติคอล (เช่น SMF -28)

2. พอร์ตเอาต์พุตสัญญาณ (ออก): ส่งสัญญาณสัญญาณ 1550Nm ที่ขยายออกไป (สำหรับการส่งหรือการรับสัญญาณที่ตามมา) โดยทั่วไปแล้วกำลังเอาต์พุตจะอยู่ระหว่าง 0 ถึง 20dBm (ระดับ Milliwatts) โดยมีการออกแบบการสะท้อนแสงต่ำ (เพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนการส่งสัญญาณคืน)

3. พอร์ตปั๊ม: เชื่อมต่อกับเลเซอร์ปั๊มเพื่อให้พลังงานกระตุ้นสำหรับ Erbium ions (พอร์ตอินพุตพลังงานหลัก) ความยาวคลื่นปั๊มหลัก: 980nm (เสียงต่ำ) หรือ 1480nm (อัตราขยายสูง); พลังงานปั๊ม 100 ~ 500mw

4. พอร์ตการตรวจสอบ (MON): แยก 1% ~ 5% ของสัญญาณเอาท์พุทสำหรับการตรวจสอบเวลาจริง - การตรวจสอบเวลาของพลังงานของสัญญาณขยายและเสถียรภาพของความยาวคลื่น (สำหรับการใช้งาน) กำลังเอาต์พุตต่ำกว่าสัญญาณหลักมาก (โดยปกติ -20 ~ -10DBM) ซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อการส่งสัญญาณหลัก

หลักการปฏิบัติการ:

1. การกระตุ้นของปั๊ม (การฉีดพลังงาน) เลเซอร์ปั๊มฉีด 980nm/1480nm Pump Light ผ่าน "พอร์ตปั๊ม" และEr³⁺ ions ในแกนกลางดูดซับพลังงานการสูบน้ำการเปลี่ยนจากสถานะพื้นดิน (4i₁₅/₂) - พลังงานที่น่าตื่นเต้น

2. การผกผันของประชากร (เงื่อนไขสำหรับการขยาย) สูง - พลังงานEr³⁺ ions มีความไม่แน่นอนสูงและลดลงอย่างรวดเร็วไปยังสถานะการแพร่กระจาย (4i₁₃/₂) ผ่าน "non - การเปลี่ยนการแผ่รังสี" (มีอายุการใช้งานประมาณ 10ms เมื่อจำนวนEr³⁺ ions ในสถานะ metastable เกินกว่าของไอออนสถานะพื้นดินจะเกิด "การผกผันของประชากร" (เป็นเงื่อนไขหลักสำหรับการขยายด้วยแสง)

3. การขยายสัญญาณ (การปล่อยมลพิษกระตุ้น) ไฟสัญญาณ 1550nm ที่ต้องขยายเข้าสู่ Erbium - เส้นใยเจือผ่าน "พอร์ตอินพุต" พลังงานโฟตอนของไฟสัญญาณตรงกับพลังงานการเปลี่ยนจากสถานะการแพร่กระจายไปยังสถานะพื้นดินของEr³⁺ ions ซึ่งน่าตื่นเต้นไปกับการแพร่กระจายของEr³⁺ ions เพื่อเปลี่ยนกลับไปสู่สถานะพื้นดินอย่างรวดเร็วและปล่อยโฟตอนใหม่ที่เหมือนกันในความถี่เฟสและโพลาไรเซชัน โฟตอนใหม่เหล่านี้รวมตัวกันกับแสงสัญญาณดั้งเดิมเพื่อให้ได้ "การขยายแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล" ของพลังงานสัญญาณซึ่งในที่สุดก็ส่งออกผ่าน "พอร์ตเอาท์พุท"

แอปพลิเคชัน:

1. ยาว - เครือข่ายการสื่อสารเส้นใยออพติคอลระยะไกลซึ่งทำหน้าที่เป็น "แอมพลิฟายเออร์บรรทัด" ซึ่งนำไปใช้ในสายเคเบิลอินเตอร์ซิตี้และสายเคเบิลออปติคัล transoceanic เพื่อชดเชยการลดทอนสัญญาณ

2. เทอร์มินัลการสื่อสารของใยแก้วนำแสงที่ปลายผู้รับทำหน้าที่เป็นแอมพลิฟายเออร์ล่วงหน้า - เพื่อขยายสัญญาณที่อ่อนแอเพิ่มความไวที่ได้รับของสถานีฐานเคลื่อนที่และโมเด็มออพติคอล

3. ในระบบ CATV (เคเบิลทีวี) ขยายสัญญาณโทรทัศน์ในช่วงความยาวคลื่น 1550Nm เพื่อให้ได้ครอบคลุมหลายร้อยกิโลเมตรหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพคุณภาพของภาพเนื่องจากการลดทอน

4. ระบบตรวจจับไฟเบอร์ออปติคอล, ขยายสัญญาณแสงที่อ่อนแอจากเซ็นเซอร์ความเครียดและเซ็นเซอร์อุณหภูมิเช่นจริง - การตรวจสอบเวลาของสะพานและท่อส่งน้ำมันและก๊าซขยายระยะการตรวจจับ (สูงสุด 100 กิโลเมตร)

การเติมทั้ง erbium ions และ ytterbium ions ในแกนใยแก้วนำแสงใช้กลไกของ ytterbium ions "ดูดซับแสงปั๊มได้อย่างมีประสิทธิภาพและการถ่ายโอนพลังงานไปยังไอออนเออร์เบียม

คุณสมบัติที่สำคัญ:เมื่อเทียบกับ EDFA นั้นมีประสิทธิภาพการดูดซับปั๊มสูงขึ้นความทนทานต่อพลังงานสูงที่แข็งแกร่งและกำลังเอาต์พุตที่สูงขึ้น

พอร์ต:

1. พอร์ตอินพุตสัญญาณ (ใน): เชื่อมต่อกับสัญญาณ 1550Nm (สัญญาณไฟอ่อนหรือขนาดกลาง) ด้วยช่วงกำลังไฟอินพุตที่กว้างขึ้น (-20 ถึง 0DBM) และการทนไฟสูง (เพื่อหลีกเลี่ยงการเผาไหม้)

2. พอร์ตเอาต์พุตสัญญาณ (ออก): ส่งออกสัญญาณพลังงานสูง 1550Nm (สำหรับแอพพลิเคชั่นเลเซอร์หรือการส่งกำลังสูง) โดยมีกำลังขับตั้งแต่ 1W ถึง 1kW (จากวัตต์ถึงระดับกิโลวัตต์) ซึ่งต้องการขั้วต่อพลังงานสูง

3. พอร์ตปั๊ม: สามารถฉีดปั๊มหลายเครื่องร่วมกันเพื่อเพิ่มกำลังปั๊มทั้งหมด (แกนกลางของกำลังไฟสูง) ความยาวคลื่นปั๊มกระแสหลัก: 808Nm (ต้นทุนต่ำ) หรือ 915nm (ประสิทธิภาพสูง); กำลังปั๊มเดียวที่ 5 ถึง 20W พลังงานทั้งหมดของปั๊มหลายตัวสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 50W

4. พอร์ตการตรวจสอบ/ควบคุม: ①ตรวจสอบกำลังไฟและอุณหภูมิ (เพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไป); ②โมดูลควบคุมภายนอกสำหรับการปรับกำลังปั๊ม/กำไร พอร์ตการตรวจสอบสารสกัด 0.1% ถึง 1% ของสัญญาณ (เพื่อหลีกเลี่ยงการส่งออกพลังงานสูง); พอร์ตควบคุมรองรับโปรโตคอล RS485/Ethernet

หลักการปฏิบัติการ:

1. การกระตุ้นของปั๊ม (การตั้งค่า Ytterbium ion) Multi - เลเซอร์ปั๊มฉีดไฟปั๊มที่ 808nm/915nm ผ่าน "พอร์ตปั๊ม" Ytterbium ions (yb³⁺) ในแกนไฟเบอร์จะดูดซับพลังงานได้โดยเฉพาะการเปลี่ยนจากสถานะพื้นดิน (²f₇/₂) เป็นสถานะที่ตื่นเต้น (²f₅/₂)

2. การถ่ายโอนพลังงาน (Ytterbium ไปยัง Erbium) ไอออน Ytterbium ที่ตื่นเต้นไม่ได้ปล่อยโฟตอนโดยตรง แต่พวกเขาถ่ายโอนพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพไปยัง Erbium ions (Er³⁺) ผ่าน "ไม่ใช่ - การถ่ายโอนพลังงานรังสี" อนุญาตให้ Erbium ions เปลี่ยนจากสถานะพื้นดิน (4i₁₅/₂) ไปยังสถานะ metastable (4i₁₃/₂) ขั้นตอนนี้กล่าวถึงประสิทธิภาพต่ำของ Erbium ion การดูดซับโดยตรงของแสงปั๊มใน EDFA และหลีกเลี่ยงการเสียพลังงานที่เกิดจากความเข้มข้นของไอออน Erbium ที่มีความเข้มข้นสูง

3. การขยายสัญญาณ (Erbium ion กระตุ้นการปล่อยก๊าซ) สอดคล้องกับ EDFA: สัญญาณไฟ 1550nm ทำให้เกิดการแพร่กระจายไอออน Erbium ที่แพร่กระจายไปยังการเปลี่ยนแปลงการปล่อยความถี่ - โฟตอนที่จับคู่เพื่อให้ได้การขยายสัญญาณ เนื่องจากพลังงานที่แข็งแกร่งกว่าที่ถ่ายโอนโดย ytterbium ions จึงสามารถรองรับเอาต์พุตสัญญาณพลังงานที่สูงขึ้น (วัตต์ - ระดับ / kilowatt - ระดับ)

แอปพลิเคชัน:

1. High - การสื่อสารไฟเบอร์พลังงานใช้เป็น "แอมพลิฟายเออร์พลังงาน" สำหรับเครือข่ายและเครือข่ายการเข้าถึงของนครหลวงช่วยเพิ่มกำลังการส่งออกทั้งหมดของสัญญาณช่องสัญญาณมัลติ - เช่นในเครือข่ายออพติคอลชานเมืองที่ครอบคลุมมากกว่า 50 กิโลเมตร

2. อุตสาหกรรม - เลเซอร์ไฟเบอร์เกรดทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ขยายหลัก, เอาท์พุทกิโลวัตต์ - เลเซอร์ระดับ 1550nm เลเซอร์ที่ใช้สำหรับการตัดโลหะ (สแตนเลสอัลลอยอลูมิเนียม) การเชื่อมและการบำบัดพื้นผิว (เช่นการผลิตรถยนต์

3. อุปกรณ์เลเซอร์ทางการแพทย์, การส่งออกวัตต์ - เลเซอร์ระดับที่ใช้สำหรับการผ่าตัดตา (เช่นการรักษาต้อกระจก), การรักษาผิวหนัง (เช่นการกำจัดเม็ดสี, การกำจัดขน) - ความยาวคลื่น 1550nm

4. การสื่อสารด้วยแสงอวกาศที่ Eydfa ทำหน้าที่เป็นแอมพลิฟายเออร์พลังงานของสถานีภาคพื้นดินในดาวเทียม - ถึง - การสื่อสารด้วยเลเซอร์ภาคพื้นดิน

5. ในด้านการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ใช้สำหรับการวิเคราะห์สเปกตรัมด้วยเลเซอร์ LIDAR (เช่นการตรวจสอบมลพิษในบรรยากาศ) และเป็นแหล่งขับขี่เลเซอร์สำหรับการรวมการ จำกัด เฉื่อย (ICF)