◆Nodweddion a chymwysiadau mwyhaduron wedi'u dopio â ffibr
Anmwyhadur optegolyn ddyfais sy'n gallu chwyddo signalau optegol gwan yn uniongyrchol. Mae'n chwyddo golau digwyddiad gwan yn seiliedig ar egwyddorion allyriadau ysgogol neu wasgaru ysgogol, ac mae ei fecanwaith yn union yr un fath â mecanwaith laser. Mewn gwirionedd, yn strwythurol, mae mwyhadur optegol yn laser heb fawr o adborth, os o gwbl. Cyflawnir enillion optegol pan fydd y cyfrwng optegol yn profi gwrthdroad poblogaeth o dan weithred cerrynt pwmp neu olau pwmp, gan wireddu ymhelaethiad optegol. Mae'r adran hon yn cyflwyno mathau cyffredin o fwyhaduron optegol ac yn canolbwyntio ar egwyddorion a chymwysiadau mwyhaduron ffibr doped erbium.
Dosbarthiad mwyhaduron optegol
Gellir dosbarthu mwyhaduron optegol yn fras yn dri math yn seiliedig ar eu hegwyddorion gweithredu
1
2
3
Mae'r mathau hyn o fwyhaduron optegol yn wahanol yn eu hegwyddorion gweithredu a'u dulliau cyffroi.
Egwyddor weithredol mwyhadur ffibr balast
Strwythur EDFA
Mae mwyhadur ffibr doped erbium (EDFA) yn ddyfais sy'n defnyddio ffibr doped erbium fel cyfrwng cynnydd i chwyddo golau signal gan ddefnyddio golau pwmp a allyrrir o ddeuod laser. Dangosir adeiledd mwyhadur ffibr erbium-doped yn y ffigur.
Mae amlblecsydd rhannu tonfedd, a elwir hefyd yn amlblecsydd, yn cyfuno golau pwmp a golau signal o donfeddi 980/1550nm neu 1480/1550nm cyn eu bwydo i mewn i ffibr wedi'i dopio erbium. Mae angen colled mewnosod isel ac ansensitifrwydd i polareiddio golau.
Mae ynysydd optegol yn sicrhau trosglwyddiad golau un cyfeiriad, gan atal adlewyrchiad golau yn ôl i'r ddyfais wreiddiol, gan fod adlewyrchiad o'r fath yn cynyddu sŵn mwyhadur ac yn lleihau effeithlonrwydd ymhelaethu.
Swyddogaeth hidlydd optegol yw hidlo sŵn y tu allan i led band gweithredu mwyhadur optegol, a thrwy hynny wella cymhareb signal i sŵn y system.
Erbium-ffibr dopio yw cydran graidd EDFA (Electrium-Mwyhadur Doped). Mae'n defnyddio ffibr silica fel y matrics ac yn dopio'r craidd ag ïonau erbium, sef deunydd gweithio laser cyflwr solet. O fewn sawl metr i ddegau o fetrau o ffibr dop erbium, mae golau yn rhyngweithio â'r mater ac yn cael ei chwyddo a'i wella.
Diamedr maes modd (MFD) erbium-ffibr dop yw 3–6 μm, sy'n llawer llai na ffibr confensiynol (9–16 μm). Mae hyn er mwyn cynyddu dwysedd ynni'r golau signal a'r golau pwmp, a thrwy hynny wella eu heffeithlonrwydd rhyngweithio. Fodd bynnag, mae diamedr craidd is o ffibr wedi'i dopio erbium hefyd yn arwain at ddiffyg cyfatebiaeth maes modd â ffibr confensiynol, gan arwain at fwy o adlewyrchiad a cholli cysylltiad. Yr ateb yw dopio'r ffibr gydag ychydig bach o fflworin i ostwng y mynegai plygiannol, a thrwy hynny gynyddu diamedr maes y modd i gyrraedd lefel o gydweddiad â ffibr confensiynol. Yn ogystal, yn ystod splicing ymasiad, gellir lleihau'r diffyg cyfatebiaeth diamedr maes modd trwy ddefnyddio ffibrau pontio neu ymestyn y cysylltydd ffibr confensiynol i leihau'r diamedr craidd.
Er mwyn sicrhau ymhelaethu mwy effeithlon, yn ystod gwneuthuriad ffibrau doped erbium, mae'r rhan fwyaf o ïonau wedi'u crynhoi yn rhanbarth canolog y craidd ffibr. Mae hyn oherwydd, mewn ffibrau optegol, gellir ystyried meysydd golau y signal a'r golau pwmp oddeutu Gaussian wedi'u dosbarthu, gyda'r dwysedd golau cryfaf ar hyd yr echelin craidd ffibr. Mae presenoldeb ïonau molybdenwm yn y rhanbarth paraxial yn caniatáu mwy o ryngweithio rhwng golau a mater, a thrwy hynny wella effeithlonrwydd trosi ynni. Yn dibynnu ar y defnydd o erbium-mwyhaduron ffibr doped (EDFAs), mae gwahanol fathau o erbium-ffibrau doped ar gael ar gyfer dyluniad EDFA. Er enghraifft, mae'r math EDF{7}}PAX-01 yn cael ei ddefnyddio ar gyfer dylunio mewn-mwyhaduron cylched a rhagfwyhaduron, gan arddangos lled band cynnydd gwastad ac eang; gellir defnyddio'r math EDF-LAX-01 mewn mwyhaduron mewn cylched, gan gynnig effeithlonrwydd trosi pŵer uchel a sŵn isel; ac mae'r math EDF-BAX-01 yn darparu pŵer allbwn uchel, ac ati.
Paramedrau Sylfaenol Erbium-Ffibrau Dop
| Paramedr | EDF{0}}PAX-01 | EDF-LAX-01 | EDF-BAX-01 | EDF-HCX-01 |
|---|---|---|---|---|
| Agorfa rifiadol (NA) | 0.24 ± 0.02 | 0.24 ± 0.02 | 0.22 ± 0.02 | 0.24 ± 0.02 |
| Torri{0}}i ffwrdd Tonfedd (nm) | 953 ± 35 | 953 ± 35 | 920 ± 40 | 920 ± 40 |
| Amsugniad Craidd Uchaf @ 1530 nm (dB/m) | Llai na neu'n hafal i 1529.5 | 1530.5 ± 0.5 | 1531 ± 0.5 | 1530 ± 1 |
| Gwanhad Brig @ 980 nm (dB/m) | 7 ± 2 | 7 ± 2 | 5 ± 2 | 8.5 ± 2 |
| Gwanhad @ 980 nm (dB/m) | 5 ± 1.5 | 5 ± 1.5 | 3.55 ± 1.5 | 8.5 ± 2 |
| Colled Cefndir @ 1200 nm (dB/km) | < 35 | < 15 | < 15 | < 15 |
| Pŵer Dirlawn @ 1530 nm (mW) | 0.17 | 0.15 | 0.18 | 0.20 |
| Diamedr Maes Modd @ 1550 nm (μm) | 4.8 ~ 5.9 | 4.8 ~ 5.9 | 5.2 ~ 6.6 | 4.8 ~ 6 |
Mae ffynhonnell y pwmp yn elfen graidd arall o'r EDFA (Electro-Mwyhadur Ffibr Optig Doped). Mae'n darparu digon o egni ar gyfer ymhelaethu ar y signal optegol, cyflwr angenrheidiol ar gyfer cyflawni gwrthdroad poblogaeth y gronynnau actifadu. Gan fod y ffynhonnell pwmp yn pennu perfformiad yr EDFA yn uniongyrchol, mae'n ofynnol iddo gael pŵer allbwn uchel, sefydlogrwydd da, a hyd oes hir. Mae ffynonellau pwmp EDFA ymarferol i gyd yn ddeuodau laser, gyda thonfeddi pwmp o 980nm a 1480nm. Defnyddir y ffynhonnell pwmp 980nm yn fwy cyffredin oherwydd ei fanteision o sŵn isel, effeithlonrwydd pwmp uchel, a phwer hyd at gannoedd o miliwat.
Mae'r golau pwmp a'r signal yn mynd i mewn i'r ffibr optegol ar yr un pryd. Mae'r golau pwmp ar ei gryfaf yn y fewnfa ffibr doped erbium. Wrth iddo ymledu ar hyd y ffibr, mae'n trosglwyddo egni'n raddol i'r golau signal, gan gynyddu cryfder y signal tra bod ei gryfder ei hun yn gostwng yn raddol.
Mae'r nodweddion pŵer allbwn a sŵn o dan wahanol ddulliau pwmpio yn cael eu cymharu yn y ffigurau canlynol. Mae Ffigur A yn dangos y berthynas rhwng pŵer signal optegol allbwn a phŵer optegol y pwmp; mae effeithlonrwydd trawsnewid gwahaniaethol y tri dull pwmpio yn 61%, 76%, a 77%, yn y drefn honno. Mae Ffigur b yn dangos y berthynas rhwng ffigur y sŵn a phŵer optegol allbwn y mwyhadur. Wrth i'r pŵer optegol allbwn gynyddu, mae nifer y gwrthdroad gronynnau yn lleihau, gan arwain at gynnydd yn y ffigur sŵn. Mae Ffigur c yn dangos y berthynas rhwng ffigur y sŵn a hyd yr erbium-ffibr doped. Fel y gwelir o'r ffigwr, waeth beth fo hyd yr erbium-ffibr doped, yr EDFA gyda'r dull pwmpio cydgyfeiriadol sydd â'r sŵn isaf.
