◆Tolali qoʻshimchalar{0}}kuchaytirgichlarning xususiyatlari va qoʻllanilishi
Anoptik kuchaytirgichzaif optik signallarni bevosita kuchaytira oladigan qurilma. U rag'batlantirilgan emissiya yoki rag'batlantirilgan tarqalish tamoyillari asosida zaif tushgan yorug'likni kuchaytiradi va uning mexanizmi lazer bilan bir xil. Aslida, tizimli ravishda, optik kuchaytirgich juda kam yoki hech qanday fikrga ega bo'lmagan lazerdir. Optik o'sish, optik muhit nasos oqimi yoki nasos nuri ta'sirida populyatsiya inversiyasini boshdan kechirganda erishiladi va shu bilan optik kuchaytirish amalga oshiriladi. Ushbu bo'limda optik kuchaytirgichlarning tez-tez qo'llaniladigan turlari taqdim etiladi va erbiy{4}}qo'shilgan tolali kuchaytirgichlarning tamoyillari va qo'llanilishiga e'tibor qaratilgan.
Optik kuchaytirgichlarning tasnifi
Optik kuchaytirgichlarni ishlash printsipiga ko'ra keng miqyosda uch turga bo'lish mumkin
1
2
3
Ushbu turdagi optik kuchaytirgichlar ishlash printsiplari va qo'zg'alish usullari bilan farqlanadi.
Balastli tolali kuchaytirgichning ishlash printsipi
EDFA tuzilishi
Erbium{0}}qo‘shilgan tolali kuchaytirgich (EDFA) lazer diodidan chiqadigan nasos nuri yordamida signal nurini kuchaytirish uchun kuchaytiruvchi vosita sifatida erbiy qo‘shilgan toladan-foydalanuvchi qurilmadir. Erbium{3}}qo'shilgan tolali kuchaytirgichning tuzilishi rasmda ko'rsatilgan.
Multipleksor sifatida ham tanilgan to'lqin uzunligi bo'linuvchi multipleksor nasos nuri va 980/1550 nm yoki 1480/1550 nm to'lqin uzunlikdagi signal nurlarini birlashtirib, ularni erbiumli tolaga{4}}beradi. Bu past kiritish yo'qotilishini va yorug'lik polarizatsiyasiga befarqlikni talab qiladi.
Optik izolyator yorug'likning bir tomonlama uzatilishini ta'minlaydi, yorug'likning asl qurilmaga qaytarilishini oldini oladi, chunki bunday aks ettirish kuchaytirgich shovqinini oshiradi va kuchaytirish samaradorligini pasaytiradi.
Optik filtrning vazifasi optik kuchaytirgichning ish o'tkazish qobiliyatidan tashqaridagi shovqinni filtrlash va shu bilan tizimning signal -to{1}} shovqin nisbatini yaxshilashdir.
Erbium{0}}qo‘shilgan tola EDFA (elektr-qo‘shimchali kuchaytirgich) ning asosiy komponentidir. U matritsa sifatida silika tolasidan foydalanadi va yadroni erbiy ionlari, qattiq holatdagi lazerli ishchi material- bilan qo'shadi. Bir necha metrdan oʻnlab metrgacha boʻlgan erbiy{5}}qoralangan tolalar ichida yorugʻlik materiya bilan oʻzaro taʼsir qiladi va kuchayadi va kuchayadi.
Erbiy{0}}qo'shilgan tolaning rejim maydoni diametri (MFD) 3–6 mkm, bu an'anaviy tolaga (9–16 mkm) qaraganda ancha kichik. Bu signal nuri va nasos nurining energiya zichligini oshirish va shu bilan ularning o'zaro ta'sir qilish samaradorligini oshirishdir. Shu bilan birga, erbium{7}}qo‘shib qo‘yilgan tolaning yadro diametrining kichrayishi ham an’anaviy tola bilan rejim maydonining mos kelmasligiga olib keladi, bu esa ko‘proq aks ettirish va ulanishning yo‘qolishiga olib keladi. Yechim sinishi indeksini pasaytirish uchun tolani oz miqdorda ftor bilan doping qilish va shu bilan an'anaviy tolaga mos keladigan darajaga erishish uchun rejim maydonining diametrini oshirishdir. Bundan tashqari, termoyadroviy biriktirish paytida, rejim maydoni diametrining mos kelmasligi o'tish tolalari yordamida yoki yadro diametrini kamaytirish uchun an'anaviy tolali ulagichni uzaytirish orqali kamaytirilishi mumkin.
Samarali kuchaytirishga erishish uchun erbiy qoʻshilgan tolalarni ishlab chiqarishda{0}}koʻp ionlar tola yadrosining markaziy qismida toʻplanadi. Buning sababi shundaki, optik tolalarda signal va nasos nurining yorug'lik maydonlari taxminan Gauss taqsimlangan deb hisoblanishi mumkin, tola yadrosi o'qi bo'ylab eng kuchli yorug'lik intensivligi. Paraksial mintaqada molibden ionlarining mavjudligi yorug'lik va materiya o'rtasida ko'proq o'zaro ta'sir o'tkazishga imkon beradi va shu bilan energiya konvertatsiyasi samaradorligini oshiradi. Erbium{4}}qo'shilgan tolali kuchaytirgichlar (EDFA) qo'llanilishiga qarab, EDFA dizayni uchun erbiy{5}}qo'shilgan har xil turdagi tolalar mavjud. Misol uchun, EDF-PAX-01 turi tekis va keng tarmoqli kengligini namoyish qiluvchi{10}}sxema kuchaytirgichlari va kuchaytirgichlarini loyihalash uchun ishlatiladi; EDF-LAX-01 turi elektr zanjiridagi kuchaytirgichlarda qo‘llanilishi mumkin, bu esa yuqori quvvatni o‘zgartirish samaradorligi va past shovqinni ta’minlaydi; va EDF-BAX-01 turi yuqori chiqish quvvatini ta'minlaydi va hokazo.
Erbium{0}}Doping tolalarining asosiy parametrlari
| Parametr | EDF-PAX-01 | EDF-LAX-01 | EDF-BAX-01 | EDF-HCX-01 |
|---|---|---|---|---|
| Raqamli diafragma (NA) | 0.24 ± 0.02 | 0.24 ± 0.02 | 0.22 ± 0.02 | 0.24 ± 0.02 |
| To'lqin uzunligini-kesish (nm) | 953 ± 35 | 953 ± 35 | 920 ± 40 | 920 ± 40 |
| Yadroning eng yuqori yutilishi @ 1530 nm (dB/m) | 1529,5 dan kam yoki unga teng | 1530.5 ± 0.5 | 1531 ± 0.5 | 1530 ± 1 |
| Eng yuqori zaiflashuv @ 980 nm (dB/m) | 7 ± 2 | 7 ± 2 | 5 ± 2 | 8.5 ± 2 |
| Zaiflash @ 980 nm (dB/m) | 5 ± 1.5 | 5 ± 1.5 | 3.55 ± 1.5 | 8.5 ± 2 |
| Fondagi yo'qotish @ 1200 nm (dB/km) | < 35 | < 15 | < 15 | < 15 |
| To'yingan quvvat @ 1530 nm (mVt) | 0.17 | 0.15 | 0.18 | 0.20 |
| Rejim maydoni diametri @ 1550 nm (mkm) | 4.8 ~ 5.9 | 4.8 ~ 5.9 | 5.2 ~ 6.6 | 4.8 ~ 6 |
Nasos manbai EDFA ning yana bir asosiy komponentidir (Elektro-qo'shimchali optik tolali kuchaytirgich). U optik signalni kuchaytirish uchun etarli energiya beradi, bu faollashtiruvchi zarrachalarning populyatsiya inversiyasiga erishish uchun zarur shartdir. Nasos manbai to'g'ridan-to'g'ri EDFA ning ishlashini aniqlaganligi sababli, yuqori chiqish quvvati, yaxshi barqarorlik va uzoq umr ko'rish talab etiladi. Amaliy EDFA nasos manbalari barcha lazerli diodlar bo'lib, nasos to'lqin uzunligi 980 nm va 1480 nm. 980nm nasos manbai past shovqin, yuqori nasos samaradorligi va bir necha yuz millivatt quvvatga ega bo'lgan afzalliklari tufayli ko'proq qo'llaniladi.
Nasos nuri va signal bir vaqtning o'zida optik tolaga kiradi. Nasos chirog'i erbium{1}}qo'shilgan tolaning kirish qismida eng kuchli. Elyaf bo'ylab tarqalayotganda, u energiyani asta-sekin signal nuriga o'tkazadi, signal kuchini oshiradi, o'z kuchi esa asta-sekin kamayadi.
Turli xil nasos usullari ostida chiqish quvvati va shovqin xususiyatlari quyidagi rasmlarda taqqoslanadi. a rasmda chiqish optik signali kuchi va nasosning optik quvvati o'rtasidagi munosabat ko'rsatilgan; uchta nasos usulining differentsial konvertatsiya samaradorligi mos ravishda 61%, 76% va 77% ni tashkil qiladi. Shakl b shovqin ko'rsatkichi va kuchaytirgichning chiqish optik quvvati o'rtasidagi munosabatni ko'rsatadi. Chiqish optik quvvati oshishi bilan zarrachalarning inversiya soni kamayadi, natijada shovqin ko'rsatkichi oshadi. v-rasmda shovqin ko'rsatkichi va erbium{7}}qo'shilgan tola uzunligi o'rtasidagi bog'liqlik ko'rsatilgan. Rasmdan ko'rinib turibdiki, erbium{9}}qo'yilgan tola uzunligidan qat'i nazar, yo'nalishli nasos usuliga ega EDFA-eng past shovqinga ega.
