Wat zijn EDFA en EYDFA?

EDFA is een actief optisch apparaat dat zwakke optische signalen van 1550 nm versterkt door de kern van een optische vezel met zeldzaam aardelement "Erbium (ER)" te doperen, met behulp van het gestimuleerde emissie -effect van erbiumionen.

Belangrijkste kenmerken:Laag geluid, hoge versterking, brede bandbreedte

Poorten:

1. Signaalinvoerpoort (in): Sluit het zwakke 1550 Nm -signaal aan dat moet worden versterkt (zoals het signaal na optische vezeltransmissieverlies of het zwakke signaal voor de ontvanger). Het ingangsvermogen is meestal -30 tot -10 dBm en moet overeenkomen met het type optische vezel (bijv. SMF -28).

2. Signaaluitgangspoort (OUT): voert het geamplificeerde 1550 nm signaal uit (voor latere transmissie of receptie). Het uitgangsvermogen ligt meestal tussen 0 tot 20 dBm (Milliwatt -niveau), met een lage reflectieontwerp (om signaalretourinterferentie te voorkomen).

3. Pomppoort: verbindt zich met de pomplaser om excitatie -energie te leveren voor de erbiumionen (kernenergie -inputpoort). Hoofdpompgolflengten: 980 nm (lage ruis) of 1480 nm (hoge versterking); Pompvermogen 100 ~ 500 MW.

4. Monitoringpoort (Mon): extraheert 1% ~ 5% van het uitgangssignaal voor reële - Tijdbewaking van het versterkte signaalvermogen en de golflengtestabiliteit (voor operationeel gebruik). Het uitgangsvermogen is veel lager dan het hoofdsignaal (meestal -20 ~ -10dBm), die geen invloed heeft op de transmissie van het hoofdsignaal.

Operationeel principe:

1. Pompexcitatie (energie -injectie) De pomplaser injecteert 980nm/1480nm pomplamp door de "pomppoort", en de ER³⁺ -ionen in de kern absorberen de pompenergie, overgang van de grondtoestand (4i₁₅/₂) naar een hoge - energie opgewekte toestand (980 nm pomp → 4i₁₁/₂; 1480nm pomp → 4i₉/₂).

2. Populatie -inversie (voorwaarde voor amplificatie) De hoge - Energie Er³⁺ -ionen zijn zeer onstabiel en vallen snel tot een metastabiele toestand (4i₁₃/₂) via "non - radiatieve overgangen" (met een levensduur van ongeveer 10 ms, wat lang is voor lang- termen); Wanneer het aantal er³⁺ -ionen in de metastabiele toestand aanzienlijk groter is dan dat van de grondtoestandionen, treedt een "populatie -inversie" op (een kernvoorwaarde voor optische versterking).

3. Signaalversterking (gestimuleerde emissie) Het 1550 nm signaallicht dat moet worden versterkt, komt het Erbium - gedoteerde vezel door de "invoerpoort". De fotonenergie van het signaallicht komt perfect overeen met de overgangsenergie van de metastabiele toestand naar de grondtoestand van de er³⁺ -ionen, de metastabiele er³⁺ -ionen om snel terug te gaan naar de grondtoestand en nieuwe fotonen af ​​te geven die identiek zijn in frequentie, fase en polarisatie naar het signaallicht; Deze nieuwe fotonen combineren superconductief met het oorspronkelijke signaallicht en bereiken "exponentiële versterking" van het signaalvermogen, dat uiteindelijk wordt uitgevoerd via de "uitgangspoort".

Toepassingen:

1. Lang - Afstand optische vezelcommunicatie Backbone Network, die dient als een "lijnversterker", geïmplementeerd in intercity en transoceanische optische kabels om signaalverzwakking te compenseren.

2. Optische vezelcommunicatieterminal, waarbij de ontvangeruiteinde fungeert als een pre - versterker om zwakke signalen te versterken, de ontvangende gevoeligheid van mobiele basisstations en optische modems te verbeteren. Aan het uiteinde van de zender, werkt het als een stroomversterker om het transmissievermogen enigszins te vergroten, zoals de optische signaalstations van 5G -basisstations.

3. In CATV (kabeltelevisie) systemen, versterkende televisiesignalen in het golflengtebereik van 1550 nm om dekking voor honderden kilometers te bereiken, waardoor afbraak van beeldkwaliteit als gevolg van verzwakking wordt vermeden.

4. Optische vezeldetectiesystemen, het versterken van zwakke optische signalen van spanning- en temperatuursensoren, zoals real - Tijdbewaking van bruggen en olie- en gaspijpleidingen, waardoor de detectieafstand wordt uitgebreid (tot meer dan 100 kilometer).

Doping van zowel erbiumionen als ytterbiumionen in de optische vezelkern, met behulp van het mechanisme van ytterbiumionen "efficiënt absorberen pomplicht en het overbrengen van energie naar erbiumionen", bereikt high -power optische signaalversterkingsapparaten in de 1550 nm golflengteband, door de stroomvergunningen van EDFA.

Belangrijkste kenmerken:In vergelijking met EDFA heeft het een hogere pompabsorptie -efficiëntie, sterkere hoge vermogenstolerantie en hoger uitgangsvermogen.

Poorten:

1. Signaalinvoerpoort (in): verbindt het signaal van 1550 nm (zwak of gemiddeld vermogenssignaal), met een breder ingangsbereik (-20 tot 0dBm) en hoge vermogenstolerantie (om uit te branden).

2. Signaaluitgangspoort (OUT): voert een hoog vermogen 1550nm signaal uit (voor lasertoepassingen of hoge krachttransmissie), met uitgangsvermogen variërend van 1W tot 1 kW (van watt tot kilowattniveau), waarvoor hoogvermogenconnectoren vereisen (zoals FC/APC High Power -versie), met brandbeveiliging en lichte lekkage.

3. Pomppoort: meerdere pompen kunnen in combinatie worden geïnjecteerd om het totale pompvermogen te verhogen (de kern van hoog vermogen). Mainstream pompgolflengten: 808 nm (lage kosten) of 915 nm (hoge efficiëntie); Enkele pompvermogen van 5 tot 20 W, het totale vermogen van meerdere pompen kan meer dan 50 W bereiken.

4. Poort voor bewaken/regelen: ① Moniteert uitgangsvermogen en temperatuur (om oververhitting te voorkomen); ② Externe bedieningsmodule voor het aanpassen van pompvermogen/versterking. De bewakingshaven extraheert 0,1% tot 1% van het signaal (om te voorkomen dat het hoog vermogen); De besturingspoort ondersteunt RS485/Ethernet -protocol.

Operationeel principe:

1. Pompexcitatie (Ytterbium -ionenvoorkeur) Multi - Pomplasers Injecteren pomplicht bij 808 Nm/915nm door de "pomppoort". De ytterbium -ionen (YB³⁺) in de vezelkern absorberen bij voorkeur energie, overgang van de grondtoestand (²F₇/₂) naar de geëxciteerde toestand (²F₅/₂).

2. Energieoverdracht (ytterbium naar erbium) De geëxciteerde ytterbium -ionen stoten niet direct fotonen uit; In plaats daarvan brengen ze energie efficiënt over naar aangrenzende erbiumionen (er³⁺) via "non - stralingsergebransing", waardoor de erbiumionen kunnen overgaan van de grondtoestand (4i₁₅/₂) naar een metastabiele toestand (4i₁₃/₂). Deze stap behandelt de lage efficiëntie van erbiumion -directe absorptie van pomplicht in EDFA en vermijdt energieverspilling veroorzaakt door hoge concentraties erbiumionen.

3. Signaalversterking (erbiumion gestimuleerde emissie) in overeenstemming met EDFA: het 1550nm -signaallicht boeit metastabiele erbiumionen voor overgang, waardoor frequentie - gematchte fotonen vrijgeeft om signaalversterking te bereiken. Vanwege de sterkere energie die wordt overgedragen door Ytterbium -ionen, kan het een hoger vermogenssignaaluitgang ondersteunen (watt - niveau / kilowatt - niveau).

Toepassingen:

1. High {- Power Fiber Communication, gebruikt als een "Power -versterker" voor grootstedelijke gebiedsnetwerken en toegangsnetwerken, verbetert het totale uitvoervermogen van multi - kanaalsignalen, zoals in optische netwerken voor de voorsteden, zoals meer dan 50 kilometers.

2. Industrieel - grade vezellasers, die dienen als kernversterkingsapparaten, uitvoer kilowatt - niveau 1550 nm lasers gebruikt voor metaalknippen (roestvrij staal, aluminiumlegering), lassen en oppervlaktebehandeling (zoals automobielproductie, aerospace).

3. Medische laserapparatuur, uitvoer van watt - niveau lasers die worden gebruikt voor oogheelkundige chirurgie (zoals cataractbehandeling), dermatologische behandelingen (zoals het verwijderen van pigmentatie, ontharing) - De 1550 nm golflengte heeft een gematigde tissue -penetratie in het menselijk lichaam met minimale schade.

4. Optische communicatie van de ruimte, waarbij EYDFA fungeert als de grondstation Power -versterker in Satellite - tot - Ground Laser Communications, waardoor hoog - stroomsignalen worden uitgevoerd om sfeerverlies te overwinnen, zoals lasergegevenstransmissie van Beidou Satellites.

5. Op het gebied van wetenschappelijk onderzoek, gebruikt voor laserspectrale analyse, LIDAR (zoals atmosferische monitoring van verontreinigende stoffen) en als een laseraandrijvingsbron voor traagheidsfusie (ICF).