エルビウム添加ファイバー増幅器 (EDFA)

基本的な動作原理:
のエルビウム添加ファイバー増幅器 (EDFA)ヘリウムイオンを使用してエネルギー変換を行う媒体です。エネルギー増幅窓の動作波長窓は 1 550 nm、幅は 50 μm であり、ファイバの低損失窓と一致しています。エネルギー注入窓は 980 nm と 1 480 nm です。一般に、エルビウムドープイオンファイバーは、ＥＤＦＡ増幅コア、すなわち活性媒体として準備される。増幅系はレーザー3準位系で、980nmの入射光エネルギーはヘリウムイオンによって高エネルギー準位4"まで吸収され、緩和振動によりレーザーの遷移準位4nが遷移します。エネルギー準位の寿命が長く、蓄積量が多い 大量のエネルギーを蓄えた活性化粒子は、信号光とともに誘導放射線を通過させ、同じ周波数、同じ位相の乗算信号を得て、増幅プロセスで誘導されるノイズは自然放射 (増幅自然放出 (ASE)、ポンプの波長に関係します。一般に、980 nm レーザー ポンプは効率が低く、ノイズも低くなります) 1 480 nm レーザーは高効率でノイズが多いため、設計プロセスでは、一般的なプリファイバ増幅器 EDFA は 980 nm 励起を使用し、送信端のブースター Booster EDFA は 980 nm と 1 480 nm のハイブリッド励起方式を使用します。 、および光イコライゼーション フィルターの DWDM 要件に従って特別に設計されたメディア。ダイヤフラム式フラットフィルター。
エルビウム添加ファイバー増幅器 (FDFA) の基本構造:
一般的な EDFA は、エルビウムドープファイバ、ポンプ光源、波長分割マルチプレクサ、光アイソレータ、光フィルタで構成されています。エルビウムドープファイバは増幅を提供し、ポンプ源は十分なポンプパワーを提供し、波長分割マルチプレクサは信号光とポンプ光をエルビウムドープファイバに結合します。光アイソレータは光の一方向の伝送を保証し、光発振による光の反射や信号レーザの動作状態に乱れを引き起こすフィードバック光を防ぎます。光フィルタの役割は、光アンプ内の ASE ノイズを除去し、EDFA の S/N 比を改善することです。通常、EDFA には同方向ポンプ、逆方向ポンプ、双方向ポンプの 3 種類のポンプがあります。 EDFA の増幅が一定であること (つまり、プリアンプとラインの線形増幅器)、または出力電力が一定であること (つまり、送信端の飽和電力増幅器) を確保するには、設計する必要があります。 EDFA の入出力電力とポンピング源を監視する補助回路。作業状況を監視・管理します。モニタリング結果に応じて、ポンプ光源の動作パラメータが適切に調整され、EDFAが最適な状態で動作します。また、補助回路部には自動温度制御や自動電力制御などの保護機能のための回路も含まれています。
エルビウムドープファイバ増幅器（EDFA）の基本性能：
EDFA の基本性能は、帯域幅やイコライゼーションだけでなく、ゲイン、出力電力、ノイズにも反映されます。
1. 利得特性 利得特性は、光アンプの入力パワーに対する出力パワーの比の増幅能力を表します。これはさまざまな要因に関係しており、一般に dB で表され、一般的に使用される増幅率は 15 ～ 40 dB です。一般に、利得はポンプパワーに直接関係し、またエルビウムドープファイバの長さにも関係します。最良の値は実験によって見つけることができます。
2. 出力パワー特性 理想的なリニア光アンプでは、入力光パワーに関係なく同じ利得で光信号を増幅して出力できます。この条件を確保するには、一般に小さな光信号が入力された場合にのみ、十分な利得で増幅された光信号の出力では、レーザに注入される励起パワーのエネルギーレベルの粒子数を減少させるのに不十分である。しかし、入力光パワーが十分に大きい場合、注入されたパワーは増幅後の出力パワーを補うのに不十分であるため、反転粒子の数は飽和して減少し、その結果、出力光パワーが減少し、その減少に影響を及ぼします。増幅率、つまり利得飽和のことです。 、その結果、増幅は非線形増幅の飽和領域に入ります。 EDFA の最大出力電力は通常、3 dB 飽和出力電力として表されます。これは、飽和ゲインが 3 dB 低下したときの出力電力に相当し、EDFA の最大電力出力能力を反映しています。 EDFA の飽和出力特性は、ポンプパワー、エルビウムドープファイバの長さ、および構造に関係します。ポンプ光パワーが高くなるほど、3 dB の飽和出力パワーも大きくなります。エルビウムがドープされたファイバの長さが長くなるほど、飽和出力パワーは 3 dB 大きくなります。
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