Penguat Serat Erbium-Doped (EDFA)

Penguat serat yang didoping Erbium (EDFA) memanfaatkan elemen tanah jarang seperti erbium (Er3+) sebagai media amplifikasi.Itu diolah ke dalam inti serat selama proses pembuatan.Ini terdiri dari sepotong pendek serat (biasanya 10 m atau lebih) terbuat dari kaca di mana sejumlah kecil erbium ditambahkan sebagai dopan dalam bentuk ion (Er3+).Dengan demikian, serat silika bertindak sebagai media inang.Ini adalah dopan (erbium) daripada serat silika yang menentukan panjang gelombang operasi dan lebar pita penguatan.EDFA umumnya beroperasi di wilayah panjang gelombang 1550 nm dan dapat menawarkan kapasitas melebihi 1 Tbps.Jadi, mereka banyak digunakan dalam sistem WDM.

Prinsip emisi terstimulasi berlaku untuk mekanisme amplifikasi EDFA.Ketika dopan (ion erbium) berada dalam keadaan energi tinggi, foton insiden dari sinyal optik input akan merangsangnya.Ini melepaskan sebagian energinya ke dopan dan kembali ke keadaan energi rendah ("emisi terstimulasi") yang lebih stabil.Gambar di bawah menunjukkan struktur dasar EDFA.

1.1 Struktur dasar EDFA

Dioda laser pompa biasanya menghasilkan sinyal optik dengan panjang gelombang (pada 980 nm atau 1480 nm) pada daya tinggi (~ 10–200 mW).Sinyal ini digabungkan dengan sinyal input cahaya di bagian erbiumdoped dari serat silika melalui coupler WDM.Ion erbium akan menyerap energi sinyal pompa ini dan melompat ke keadaan tereksitasi.Bagian dari sinyal cahaya keluaran disadap dan diumpankan kembali pada input laser pompa melalui filter optik dan detektor.Ini berfungsi sebagai mekanisme kontrol daya umpan balik sehingga menjadikan EDFA sebagai amplifier yang mengatur sendiri.Ketika semua elektron metastabil dikonsumsi maka tidak ada amplifikasi lebih lanjut yang terjadi.Oleh karena itu, sistem menjadi stabil secara otomatis karena daya optik keluaran EDFA tetap hampir konstan terlepas dari fluktuasi daya masukan, jika ada.

1.2 Skema fungsional sederhana dari EDFA

Gambar di atas menunjukkan skema fungsional EDFA yang disederhanakan di mana sinyal pompa dari laser ditambahkan ke sinyal optik input (pada 1480 nm atau 980 nm) melalui penggandeng WDM.

Diagram ini menunjukkan penguat EDF yang sangat dasar.Panjang gelombang sinyal pompa (dengan daya pompa sekitar 50 mW) adalah 1480 nm atau 980 nm.Beberapa bagian dari sinyal pompa ini ditransfer ke sinyal optik input melalui emisi terstimulasi dalam jarak pendek serat yang didoping Erbium.Ini memiliki penguatan optik khas sekitar 5–15 dB dan angka kebisingan kurang dari 10 dB.Untuk operasi 1550 nm, dimungkinkan untuk memperoleh penguatan optik 30–40 dB.

1.3 Realisasi praktis dari EDFA

Gambar di atas menggambarkan operasi EDFA yang disederhanakan dengan struktur praktisnya saat digunakan dalam aplikasi WDM.

Seperti yang ditunjukkan, itu termasuk bagian utama berikut:

• Isolator di pintu masuk.Hal ini menjaga agar noise yang dihasilkan oleh EDFA tidak menyebar ke ujung pemancar.

• Penggandeng WDM.Ini menggabungkan sinyal data input optik 1550 nm berdaya rendah dengan sinyal optik pemompaan daya tinggi (dari sumber pompa seperti laser) pada panjang gelombang 980 nm.

• Bagian kecil dari serat silika yang didoping erbium.Bahkan, ini berfungsi sebagai media aktif EDFA.

• Sebuah isolator di output.Ini membantu mencegah sinyal optik yang dipantulkan kembali memasuki serat silika yang didoping erbium.

Sinyal keluaran akhir adalah sinyal data optik panjang gelombang 1550 nm yang diperkuat dengan sisa sinyal pompa dengan panjang gelombang 980 nm.

Jenis Penguat Serat Erbium-Doped (EDFA)

Ada dua jenis struktur Penguat Serat Erbium-Doped (EDFA):

• EDFA dengan co-propagating pump

• EDFA dengan pompa penyebar balik

Gambar di bawah menunjukkan pengaturan pompa counter-propagating dan pompa dua arah yang dapat digunakan dalam struktur EDFA.

Pengaturan pompa yang berbeda

Sebuah pompa co-propagasi EDFA menampilkan daya optik output yang lebih rendah dengan noise rendah;sementara counter-propagating pump EDFA memberikan daya optik output yang lebih tinggi tetapi juga menghasilkan noise yang lebih besar.Dalam EDFA komersial tipikal, pompa dua arah dengan pemompaan ko-propagasi dan kontra-propagasi simultan digunakan yang menghasilkan perolehan optik yang relatif seragam.

Aplikasi EDFA sebagai booster, in-line, dan pre-amplifier

Dalam aplikasi jarak jauh dari tautan komunikasi serat optik, EDFA dapat digunakan sebagai penguat penguat pada output pemancar optik, penguat optik in-line bersama dengan serat optik serta pra-penguat sebelum penerima, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.

Dapat dicatat bahwa EDFA in-line ditempatkan pada jarak 20-100 km tergantung pada kehilangan serat.Sinyal input optik berada pada panjang gelombang 1,55 μm, sedangkan laser pompa beroperasi pada panjang gelombang 1,48 μm atau 980 nm.Panjang khas serat yang didoping Erbium adalah 10–50 m.

Mekanisme Amplifikasi dalam EDFA

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, mekanisme amplifikasi dalam EDFA didasarkan pada emisi terstimulasi yang mirip dengan laser.Energi tinggi dari sinyal pompa optik (diproduksi oleh laser lain) menggairahkan ion dopan erbium (Er3+) dalam serat silika pada keadaan energi atas.Sinyal data optik input merangsang transisi ion Erbium tereksitasi ke keadaan energi yang lebih rendah dan menghasilkan radiasi foton dengan energi yang sama, yaitu panjang gelombang yang sama dengan sinyal optik input.

Diagram tingkat energi: Ion Erbium bebas menunjukkan tingkat diskrit dari pita energi.Ketika ion Erbium didoping menjadi serat silika, masing-masing tingkat energinya terbagi menjadi sejumlah tingkat yang terkait erat sehingga membentuk pita energi.

1.4 Mekanisme amplifikasi pada EDFA

Untuk mencapai inversi populasi, ion Er3+ dipompa pada tingkat menengah 2. Dalam metode tidak langsung (pemompaan 980 nm), ion Er3+ secara kontinyu dipindahkan dari tingkat 1 ke tingkat 3. Hal ini diikuti oleh peluruhan non-radiatif ke tingkat 2, dari di mana mereka jatuh ke level 1, memancarkan sinyal optik pada panjang gelombang yang diinginkan 1500–1600 nm.Ini dikenal sebagai mekanisme amplifikasi 3 tingkat.

Untuk lebih banyak produk yang didoping Erbium, silakan lihat di situs web kami.

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

Surel:devin@erbiumtechnology.com

WhatsApp: +86-18113047438

Faks: +86-2887897578

Tambahkan: No.23, jalan Chaoyang, jalan Xihe, distrik Longquanyi, Chengdu, 610107, China.