Princípio e estrutura do amplificador de fibra dopada érbio

O amplificador de fibra dopada com érbio é um amplificador óptico feito de fibra óptica dopada com érbio de metal raro. Os amplificadores de fibra dopada com érbio tornaram-se dispositivos muito importantes nos atuais sistemas de comunicação de alta velocidade e sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda, trabalhando na janela de 1550nm. O amplificador de fibra dopada com érbio tem sido uma grande conquista da tecnologia optoeletrônica no campo da informação no mundo nos últimos dez anos. Sua aparência levou à revolução da tecnologia de comunicação óptica. É a parte mais importante das três tecnologias principais, incluindo oAmplificador de fibra dopada edfa érbio, Multiplexação por divisão de comprimento de onda e tecnologia de compensação de dispersão de fibra.

Ⅰ. O princípio do amplificador de fibra dopada com érbio

Quando o meio laser é fornecido com energia para torná-lo no estado excitado, ele produzirá o fenômeno da radiação estimulada da luz. Se as condições para a radiação estimulada contínua puderem ser atendidas e a luz de entrada for usada para detectar, então uma luz de saída mais forte pode ser obtida de modo a desempenhar um efeito de amplificação. O efeito de amplificação do amplificador de fibra dopada com érbio é gerado pela interação de Er3 (íons érbio) por meio da transmissão de luz de sinal com um comprimento de onda de 1550nm na fibra óptica dopada com érbio. O estado de energia de Er3 em fibra óptica dopada com érbio não pode ser avaliado continuamente. Só pode ser em uma série de estados de energia discretos. Esses estados de energia são chamados de níveis de energia. Quando Er3 não está excitado, está no nível de energia mais baixo, que é o estado fundamental E1.

A injeção de luz de bomba suficientemente forte na fibra óptica dopada com érbio pode bombear a maioria dos íons E1 no estado fundamental para o estado de alta energia E3, e os íons Er3 no E3 são rapidamente transferidos para o estado metaestável E2 sem radiação. O íon Er3 tem um tempo de vida mais longo do nível no estado metaestável. Devido ao bombeamento contínuo, o número de partículas E2 aumenta continuamente, de modo que o número de partículas E1 e E2 é invertido, ou seja, o número de partículas em E2 é mais do que em E1. Quando o fóton sinal passa pela fibra óptica dopada com érbio, ele interage com os íons Er3 para produzir um efeito de emissão estimulado. O íon Er3 de E2 faz a transição para E1 e gera fótons exatamente da mesma forma que os fótons na luz do sinal incidente, aumentando assim muito o número de fótons de sinal e desempenhando um efeito de amplificação.

O estado metaestável e o estado fundamental do íon Er3 têm uma certa largura, de modo que o efeito de amplificação do amplificador de fibra dopada com érbio tem uma certa faixa de comprimento de onda e seu valor típico é de 1530 a 1570nm. Quando o íon Er3 está em E2, além da radiação estimulada e absorção estimulada, a radiação espontânea também é gerada, que transita espontaneamente de E2 para E1, e emite um fóton com um comprimento de onda de 1550nm. Este fóton é diferente da luz de sinal e constitui o ruído do amplificador de fibra dopada com érbio. Se a potência óptica de entrada do amplificador de fibra dopada com érbio for baixa, a forte radiação auto-excitada produzirá grande ruído.

-A. A estrutura do amplificador de fibra dopada com érbio

Os amplificadores de fibra dopada com érbio geralmente consistem em cinco partes básicas, a saber, fibra óptica dopada com érbio, fonte de luz da bomba, dispositivo passivo óptico, unidade de controle e interface de monitoramento. A função do acoplador óptico é combinar a luz de sinal e a luz da bomba, que geralmente é realizada por um multiplexador de divisão de comprimento de onda. A função do isolador óptico é suprimir a reflexão da luz para garantir a operação estável do amplificador de fibra. Deve ter baixa perda de inserção, ser independente da polarização e ter um isolamento melhor que 40dB. A função do filtro óptico é reduzir a influência do ruído gerado pela radiação espontânea no sistema. A unidade de controle controla o trabalho do amplificador de reforço de fibra óptica em tempo real, e a unidade de monitoramento fornece informações de status de trabalho.