EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifiers)

EDFA(Erbium-doped fiber amplifiers)는 에르븀(Er3+)과 같은 희토류 원소를 증폭 매체로 사용합니다.제조 공정 중에 섬유 코어에 도핑됩니다.유리로 만든 짧은 섬유 조각(일반적으로 10m 정도)으로 구성되며 소량의 에르븀이 이온(Er3+) 형태의 도펀트로 첨가됩니다.따라서 실리카 섬유는 호스트 매질로 작용합니다.작동 파장과 게인 대역폭을 결정하는 것은 실리카 섬유가 아닌 도펀트(에르븀)입니다.EDFA는 일반적으로 1550nm 파장 영역에서 작동하며 1Tbps를 초과하는 용량을 제공할 수 있습니다.따라서 WDM 시스템에서 널리 사용됩니다.

유도 방출의 원리는 EDFA의 증폭 메커니즘에 적용할 수 있습니다.도펀트(에르븀 이온)가 고에너지 상태에 있을 때 입력 광 신호의 입사 광자가 도펀트를 자극합니다.그것은 에너지의 일부를 도펀트에 방출하고 보다 안정적인 저에너지 상태("유도 방출")로 되돌아갑니다.아래 그림은 EDFA의 기본 구조를 보여줍니다.

1.1 EDFA의 기본 구조

펌프 레이저 다이오드는 일반적으로 고출력(~ 10–200mW)에서 파장(980nm 또는 1480nm)의 광학 신호를 생성합니다.이 신호는 WDM 커플러를 통해 실리카 섬유의 에르븀 도핑된 부분의 광 입력 신호와 결합됩니다.에르븀 이온은 이 펌프 신호 에너지를 흡수하고 여기 상태로 점프합니다.출력 광 신호의 일부는 광학 필터 및 검출기를 통해 펌프 레이저 입력에서 탭되고 피드백됩니다.이것은 EDFA를 자기 조절 증폭기로 만들기 위한 피드백 전력 제어 메커니즘 역할을 합니다.모든 준안정 전자가 소비되면 더 이상 증폭되지 않습니다.따라서 EDFA의 출력 광출력은 입력 전력 변동에 관계없이 거의 일정하게 유지되기 때문에 시스템이 자동으로 안정화됩니다.

1.2 EDFA의 단순화된 기능 도식

위의 그림은 레이저의 펌프 신호가 WDM 커플러를 통해 입력 광 신호(1480nm 또는 980nm)에 추가되는 EDFA의 단순화된 기능 회로도를 보여줍니다.

이 다이어그램은 매우 기본적인 EDF 증폭기를 보여줍니다.펌프 신호의 파장(펌프 전력이 약 50mW인 경우)은 1480nm 또는 980nm입니다.이 펌프 신호의 일부는 짧은 길이의 어븀 첨가 광섬유 내에서 유도 방출에 의해 입력 광 신호로 전송됩니다.약 5–15dB의 일반적인 광학 이득과 10dB 미만의 잡음 지수를 가집니다.1550nm 작동의 경우 30–40dB 광학 이득을 얻을 수 있습니다.

1.3 EDFA의 실질적인 실현

위의 그림은 WDM 응용 프로그램에서 사용될 때 실용적인 구조로 EDFA의 단순화된 작동을 보여줍니다.

그림과 같이 다음과 같은 주요 부분이 포함됩니다.

• 입력의 아이솔레이터.이렇게 하면 EDFA에서 생성된 잡음이 송신기 끝으로 전파되는 것을 방지할 수 있습니다.

• WDM 커플러.저전력 1550nm 광 입력 데이터 신호와 980nm 파장에서 고전력 펌핑 광 신호(레이저와 같은 펌프 소스로부터)를 결합합니다.

• 에르븀 도핑된 실리카 섬유의 작은 부분.실제로 이것은 EDFA의 활성 매체 역할을 합니다.

• 출력의 아이솔레이터.역반사된 광학 신호가 에르븀 도핑된 실리카 섬유에 들어가는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

최종 출력 신호는 증폭된 1550nm 파장 광학 데이터 신호와 잔류 980nm 파장 펌프 신호입니다.

EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifiers)의 유형

EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifiers) 구조에는 두 가지 유형이 있습니다.

• 공동 전파 펌프가 있는 EDFA

• 역전파 펌프가 있는 EDFA

아래 그림은 EDFA 구조에서 사용할 수 있는 역전파 펌프 및 양방향 펌프 배열을 보여줍니다.

다른 펌프 배열

공동 전파 펌프 EDFA는 저잡음으로 더 낮은 출력 광 전력을 특징으로 합니다.반대 전파 펌프 EDFA는 더 높은 출력 광 출력을 제공하지만 더 큰 잡음도 생성합니다.일반적인 상업용 EDFA에서는 동시 전파 및 역전파 펌핑이 있는 양방향 펌프가 사용되어 상대적으로 균일한 광학 이득을 얻습니다.

EDFA를 부스터, 인라인 및 프리 앰프로 적용

광섬유 통신 링크의 장거리 애플리케이션에서 EDFA는 광 송신기 출력에서 ​​부스터 증폭기, 광섬유와 함께 인라인 광 증폭기 및 전치 증폭기로 사용할 수 있습니다. 위의 그림과 같이 수신기.

인라인 EDFA는 섬유 손실에 따라 20~100km 떨어진 곳에 배치된다는 점에 유의할 수 있습니다.광학 입력 신호는 1.55μm 파장인 반면 펌프 레이저는 1.48μm 또는 980nm 파장에서 작동합니다.에르븀 첨가 광섬유의 일반적인 길이는 10~50m입니다.

EDFA의 증폭 메커니즘

앞에서 언급했듯이 EDFA의 증폭 메커니즘은 레이저와 유사한 유도 방출을 기반으로 합니다.광학 펌프 신호(다른 레이저에 의해 생성됨)의 높은 에너지는 상위 에너지 상태에서 실리카 섬유의 도펀트 에르븀 이온(Er3+)을 여기시킵니다.입력 광학 데이터 신호는 여기된 에르븀 이온이 더 낮은 에너지 상태로 전이하도록 자극하고 동일한 에너지, 즉 입력 광학 신호와 동일한 파장을 가진 광자의 방사를 초래합니다.

에너지 레벨 다이어그램: 자유 에르븀 이온은 불연속적인 수준의 에너지 밴드를 나타냅니다.에르븀 이온이 실리카 섬유에 도핑되면 각각의 에너지 준위가 밀접하게 관련된 여러 준위로 분할되어 에너지 밴드를 형성합니다.

1.4 EDFA의 증폭 메커니즘

인구 반전을 달성하기 위해 Er3+ 이온은 중간 수준 2에서 펌핑됩니다. 간접 방법(980nm 펌핑)에서 Er3+ 이온은 수준 1에서 수준 3으로 계속 이동합니다. 1500~1600nm의 원하는 파장에서 광학 신호를 방사하면서 레벨 1로 떨어집니다.이것은 3단계 증폭 메커니즘으로 알려져 있습니다.

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https://www.erbiumtechnology.com/erbium-laser-glasseye-safe-laser-glass/

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