◆Eiginleikar og notkun trefja-dópaðra magnara
Anoptískur magnarier tæki sem getur beint magnað veik ljósmerki. Það magnar upp veikt innfallsljós byggt á meginreglunum um örvaða losun eða örvaða dreifingu og vélbúnaður þess er nákvæmlega sá sami og leysir. Reyndar, byggingarlega séð er ljósmagnari leysir með litla sem enga endurgjöf. Optískur ávinningur næst þegar sjónmiðillinn lendir í viðsnúningi íbúa undir áhrifum dælustraums eða dæluljóss, og gerir þannig ljósmögnun. Þessi hluti kynnir algengar tegundir ljósmagnara og fjallar um meginreglur og notkun erbíum-dópaðra trefjamagnara.
Flokkun ljósmagnara
Hægt er að flokka optíska magnara í stórum dráttum í þrjár gerðir út frá rekstrarreglum þeirra
1
2
3
Þessar gerðir optískra magnara eru mismunandi hvað varðar rekstrarreglur og örvunaraðferðir.
Vinnuregla magnara með kjölfestu trefjum
EDFA uppbygging
Erbium-dópaður trefjamagnari (EDFA) er tæki sem notar erbium-dópuð trefjar sem styrkingarmiðil til að magna merkjaljós með því að nota dæluljós frá leysidíóðu. Uppbygging erbium-dópaðs trefjamagnara er sýnd á myndinni.
Bylgjulengdadeild margfaldari, einnig þekktur sem multiplexer, sameinar dæluljós og merkjaljós af 980/1550nm eða 1480/1550nm bylgjulengdum áður en þeim er fóðrað í erbium-dópað trefjar. Það krefst lítils innsetningartaps og ónæmis fyrir ljósskautun.
Optískur einangrunarbúnaður tryggir einstefnuljósa sendingu og kemur í veg fyrir endurkast ljóss aftur í upprunalega tækið, þar sem slík endurspeglun eykur hávaða magnara og dregur úr mögnunarvirkni.
Hlutverk ljóssíu er að sía út hávaða utan rekstrarbandbreiddar ljósmagnara og bæta þannig merki-til-suðshlutfalls kerfisins.
Erbium-dópaðir trefjar eru kjarnahluti EDFA (Electrium-Doped Amplifier). Það notar kísiltrefjar sem fylki og dópar kjarnann með erbíumjónum, leysiefni í föstu formi-. Innan nokkurra metra til tuga metra af erbíum-dópuðum trefjum hefur ljós samskipti við efnið og magnað og aukið.
Þvermál hamsviðs (MFD) erbium-dópaðra trefja er 3–6 μm, mun minni en hefðbundinna trefja (9–16 μm). Þetta er til að auka orkuþéttleika merkjaljóssins og dæluljóssins og bæta þannig skilvirkni þeirra í samskiptum. Hins vegar leiðir minnkuð kjarnaþvermál erbium-dópaðra trefja einnig til ósamræmis við hefðbundna trefjar, sem leiðir til meiri endurkasts og taps á tengingum. Lausnin er að dópa trefjarnar með litlu magni af flúor til að lækka brotstuðulinn og auka þannig þvermál hamsviðsins til að ná samsvörun við hefðbundna trefjar. Að auki, meðan á samrunaskeringu stendur, er hægt að minnka ósamræmi í þvermál hamsviðs með því að nota umbreytingartrefjar eða lengja hefðbundna trefjatengið til að minnka kjarnaþvermálið.
Til að ná fram skilvirkari mögnun, meðan á framleiðslu erbium-dópaðra trefja stendur, eru flestar jónir einbeittar í miðhluta trefjakjarnans. Þetta er vegna þess að í ljósleiðara má líta á ljóssvið merkja- og dæluljóssins um það bil Gaussdreift, með sterkasta ljósstyrkinn meðfram trefjakjarnaásnum. Tilvist mólýbdenjóna á paraxial svæðinu gerir ráð fyrir meiri víxlverkun ljóss og efnis og eykur þannig skilvirkni orkubreytinga. Það fer eftir notkun erbium-dópaðra trefjamagnara (EDFA), ýmsar gerðir af erbium-dópuðum trefjum eru fáanlegar fyrir EDFA hönnun. Til dæmis er EDF-PAX-01 gerðin notuð til að hanna í-hringrássmagnara og formagnara, sem sýna flata og breiðan bandbreidd; EDF-LAX-01 gerð er hægt að nota í magnara í hringrás, sem býður upp á mikla orkubreytingarskilvirkni og lágan hávaða; og EDF-BAX-01 tegundin veitir mikið framleiðslafl osfrv.
Grunnfæribreytur erbíums-dópaðra trefja
| Parameter | EDF-PAX-01 | EDF-LAX-01 | EDF-BAX-01 | EDF-HCX-01 |
|---|---|---|---|---|
| Númerískt ljósop (NA) | 0.24 ± 0.02 | 0.24 ± 0.02 | 0.22 ± 0.02 | 0.24 ± 0.02 |
| Skera-af bylgjulengd (nm) | 953 ± 35 | 953 ± 35 | 920 ± 40 | 920 ± 40 |
| Hámarks frásog kjarna @ 1530 nm (dB/m) | Minna en eða jafnt og 1529,5 | 1530.5 ± 0.5 | 1531 ± 0.5 | 1530 ± 1 |
| Hámarksdempun @ 980 nm (dB/m) | 7 ± 2 | 7 ± 2 | 5 ± 2 | 8.5 ± 2 |
| Dempun @ 980 nm (dB/m) | 5 ± 1.5 | 5 ± 1.5 | 3.55 ± 1.5 | 8.5 ± 2 |
| Bakgrunnstap @ 1200 nm (dB/km) | < 35 | < 15 | < 15 | < 15 |
| Mettað afl @ 1530 nm (mW) | 0.17 | 0.15 | 0.18 | 0.20 |
| Þvermál hamsviðs @ 1550 nm (μm) | 4.8 ~ 5.9 | 4.8 ~ 5.9 | 5.2 ~ 6.6 | 4.8 ~ 6 |
Dælugjafinn er annar kjarnahluti EDFA (Electro-Doped Fiber Optic Amplifier). Það veitir nægilega orku fyrir ljósmögnun merkja, sem er nauðsynlegt skilyrði til að ná öflun íbúa á virkjunaragnirnar. Þar sem dælugjafinn ákvarðar beinlínis afköst EDFA, þarf hann að hafa mikið afköst, góðan stöðugleika og langan líftíma. Hagnýtar EDFA dælugjafar eru allar leysidíóður, með bylgjulengdir dælunnar 980nm og 1480nm. 980nm dælugjafinn er oftar notaður vegna kosta þess lágs hávaða, mikillar dæluskilvirkni og afl allt að nokkur hundruð millivött.
Dæluljósið og merkið fara inn í ljósleiðarann samtímis. Dæluljósið er sterkast við erbium-dópað trefjainntak. Þegar það breiðist út meðfram trefjum, flytur það smám saman orku til merkisljóssins, eykur merkisstyrkinn á meðan eigin styrkur minnkar smám saman.
Úttaksafl og hávaðaeiginleikar undir mismunandi dæluaðferðum eru bornir saman á eftirfarandi myndum. Mynd a sýnir sambandið á milli sjónmerkisafls úttaks og sjónafls dælunnar; mismunaskilvirkni dæluaðferðanna þriggja er 61%, 76% og 77%, í sömu röð. Mynd b sýnir sambandið milli hávaðamyndarinnar og úttaks ljósafls magnarans. Þegar sjónaflið eykst, lækkar ögnafliðurinn, sem leiðir til hækkunar á hávaða. Mynd c sýnir sambandið á milli hávaðamyndarinnar og lengdar erbium-dópuðu trefjanna. Eins og sést á myndinni, óháð lengd erbium-dópuðu trefjanna, hefur EDFA með sam-stefnudæluaðferðinni minnsta hávaða.
