Erbiumilla seostetun kuituvahvistimen (EDFA-optinen vahvistin) erityisohjeet

Erbiumilla seostetun kuituvahvistimen erityisohjeet (EDFA-optinen vahvistin)
Olet ostanuterbiumilla seostettu kuituvahvistin(EDFA-optinen vahvistin), jonka vahvistus on 30 dB ja kyllästyslähtöteho +20 dBm.
Kytke 0 dBm:n tulovalo ja lue +27 dBm:n lähtö. Voit laskea, että 30 - 3 = 27, eikä vahvistus ole ongelma.
Mutta entä jos syötät -20 dBm? Nimellinen 30 dB:n vahvistus tarkoittaa, että lähtösignaalin pitäisi olla +10 dBm, mutta todellinen mittaustulos on vain +7 dBm – kokonaiset 3 dB vähemmän. Tämä ei ole laatuongelma. 30 dB on pieni signaalin vahvistus, kun taas ASE-kohina ja kohinaluku kuluttavat vahvistusta. Itse asiassa mitattu vahvistus jää usein nimellisvahvistuksen alapuolelle, mikä selventää, että tämä ilmiö ei ole laitteen laatuongelma, vaan pikemminkin vahvistimen toimintamekanismin määräämä.

Pieni signaalin vahvistus ≠ todellinen vahvistus:

1. Ytimen ristiriita: Spesifikaatioarkissa ilmoitettu vahvistus (esim. 30 dB) on pieni signaalinvahvistus, joka on ihanteellinen mittausarvo, kun tulosignaalin teho on hyvin alhainen (esim. -20~-30 dBm) ja pumpun nimellisteho on käytössä. Tämä ei ole käytännössä sama kuin todellinen vahvistus, kun tulosignaalin teho on korkea.
2. Voiton vähenemisen pääasiallinen syy:
2.1 Vahvistuksen kyllästyminen: Tulosignaalin tehon kasvaessa EDFAOptinen vahvistinsaapuu kyllästysalueelle, jolloin vahvistus pienenee maksimiarvostaan.
2.2 ASE-kohinan ohjautuminen: Vahvistettu spontaani emissio (ASE) -kohina kilpailee merkkivalon kanssa ja kuluttaa rajoitetusti pumpun tehoa. Mitä voimakkaampi ASE-kohina on, sitä pienempi on merkkivalon vahvistamiseen käytetty efektiivinen vahvistus. Tämä on yksi perustavanlaatuisista syistä, miksi mitattu vahvistus on nimellisarvoa pienempi.
2.3 Määrällinen suhde: Mitä suurempi tulosignaalin teho on, sitä suurempi todellisen vahvistuksen (G_actual) kompressio verrattuna pieneen signaalivahvistukseen (G_small). Kompression määrä tulee pääasiassa saturaatiokompressiosta (ΔG_sat) ja ASE-kohinankulutuksen vahvistuksesta (ΔG_ASE). Esimerkiksi kun tuloteho on 0 dBm, on yleistä, että mitattu vahvistus on yli 3 dB pienempi kuin nimellisarvo.
3. Tekniikan käytäntöjä koskevat ehdotukset:
3.1 Linkkibudjetti: Pieniä signaalinvahvistuksia ei pitäisi käyttää suoraan laskelmissa, vaan tulisi käyttää realistisempaa linkkibudjettikaavaa:
P_out ≈ P_in+G_small-NF-3dB (turvamarginaali)
Näistä NF on kohinaluku (tyypillinen arvo 4–6 dB).
3.2 Käänteinen kalibrointi: Jos mitattu lähtöteho ei vastaa kaavan budjettia, kaavaa voidaan käyttää todellisen järjestelmän kohinaluvun (NF) laskemiseen käänteisesti, mikä mahdollistaa tarkemman linkkisuunnittelun ja kalibroinnin.

Johtopäätös: Arvioitaessa ja käytettäessäEDFAOptisten vahvistimien suunnittelussa insinöörien on kiinnitettävä huomiota tulosignaalin tehoon ja ymmärrettävä vahvistuksen kompressoinnin ominaisuudet korkeissa signaaliolosuhteissa. Linkkiä suunniteltaessa budjetin tulisi perustua todelliseen tulotehoon ja suunnittelukaavoihin, jotka sisältävät kohinakertoimen ja turvamarginaalin, sen sijaan, että luotettaisiin pelkästään spesifikaatioarkissa mainittuun pienen signaalin vahvistuksen nimellisarvoon. Saatuaan EDFA-optisen vahvistimen, kysy ensin tuloteho ja käytä sitten linkkibudjettikaavaa odotetun lähtötehon laskemiseen. Älä käytä pientä signaalin vahvistusta täyden tehon budjetoinnissa.