Принцип и структура эрбия легед усилитель волокна

Волоконный усилитель, легированный эрбием, представляет собой оптический усилитель, изготовленный из волоконно-оптического волокна, легированного эрбием редкого металла. Волоконные усилители, легированные эрбием, стали очень важными устройствами в современных высокоскоростных системах связи и системах мультиплексирования с разделением по длине волны, работающих в окне 1550 нм. За последние десять лет волоконный усилитель, легированный эрбием, стал прорывным достижением оптоэлектронных технологий в информационной сфере в мире. Его появление привело к революции в технологии оптической связи. Это самая важная часть трех основных технологий, включаяВолоконный легированный эрбием EDFA усилитель, Мультиплексирование с разделением по длине волны и технология компенсации дисперсии волокна.

Ⅰ. Принцип работы волоконного усилителя, легированного эрбием

Когда лазерная среда подается с энергией, чтобы сделать его в возбужденном состоянии, он будет производить явление стимулированного излучения света. Если условия для непрерывного стимулированного излучения могут быть выполнены, и входной свет используется для восприятия, то можно получить более сильный выходной свет, чтобы играть усилительный эффект. Эффект усиления волоконного усилителя, легированного эрбием, генерируется взаимодействием Er3 (ионов эрбия) посредством пропускания сигнального света с длиной волны 1550 нм в легированном эрбием волоконно-оптическом кабеле. Энергетическое состояние Er3 в волоконно-оптическом волокне, легированном эрбием, невозможно непрерывно оценивать. Она может находиться только в ряде дискретных энергетических состояний. Эти энергетические состояния называются энергетическими уровнями. Когда Er3 не возбужден, он находится на самом низком энергетическом уровне, который является главным состоянием E1.

Впрыскивая достаточно сильный накачивающий свет в легированное эрбием волоконно-оптическое волокно, можно накачать большую часть ионов E1 в основном состоянии в высокоэнергетическое состояние E3, и ионы Er3 в E3 быстро переносятся в метастабильное состояние E2 без излучения. Ион Er3 имеет более длительный срок службы уровня в метастабильном состоянии. Из-за непрерывной накачки количество частиц E2 непрерывно увеличивается, так что количество частиц E1 и E2 меняется на обратное, то есть количество частиц в E2 больше, чем в E1. Когда сигнальный фотон проходит через легированное эрбием волоконно-оптическое волокно, он взаимодействует с ионами Er3, чтобы произвести эффект стимулированного излучения. Ион Er3 E2 переходит в E1 и генерирует фотоны точно такие же, как фотоны в падающих сигнальных лампочках, тем самым значительно увеличивая количество сигнальных фотонов и играя усилительный эффект.

Метастабле государство и основное состояние иона Эр3 имеют некоторую ширину, так, что усиливая влияние легированного эрбием усилителя волокна будет иметь некоторый диапазон длины волны, и свое типичное значение 1530 к 1570нм. Когда ион Er3 находится в E2, помимо стимулированного излучения и стимулированного поглощения, также генерируется спонтанное излучение, которое спонтанно переходит из E2 в E1 и испускает фотон с длиной волны 1550 нм. Этот фотон отличается от светового сигнала и представляет собой шум волоконного усилителя, легированного эрбием. Если входная оптическая мощность волоконного усилителя, легированного эрбием, низкая, сильное самовозбуждаемое излучение будет производить большой шум.

Ⅱ. Структура легированного эрбием волоконного усилителя

Волоконные усилители, легированные эрбием, обычно состоят из пяти основных частей, а именно: волоконно-оптические, легированные эрбием, источник света насоса, оптическое пассивное устройство, блок управления и интерфейс мониторинга. Функция оптического ответвителя заключается в объединении сигнального света и света накачки, что обычно реализуется мультиплексором с разделением по длине волны. Функция оптического изолятора подавлять отражение света для обеспечения стабильной работы волоконного усилителя. Он должен иметь низкие вносимые потери, быть независимым от поляризации и иметь изоляцию лучше 40 дБ. Функция оптического фильтра заключается в уменьшении влияния шума, создаваемого спонтанным излучением, на систему. Блок управления контролирует работу волоконно-оптического усилителя в режиме реального времени, а блок контроля предоставляет информацию о рабочем состоянии.