Spezielle Anweisungen für Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA-Verstärker)

Spezielle Anweisungen für Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA-Optischer Verstärker)
Sie haben ein/e gekauftErbium-dotierter Faserverstärker(EDFA-Lichtwellenleiterverstärker) mit einer Verstärkung von 30 dB und einer Sättigungsausgangsleistung von +20 dBm.
Schließen Sie eine 0-dBm-Eingangsleuchte an und lesen Sie einen Ausgangswert von +27 dBm ab. Sie können berechnen, dass 30 - 3 = 27, und die Verstärkung ist kein Problem.
Was passiert aber bei einem Eingangssignal von -20 dBm? Die nominelle Verstärkung von 30 dB würde einen Ausgangspegel von +10 dBm ergeben, die tatsächliche Messung beträgt jedoch nur +7 dBm – ganze 3 dB weniger. Dies ist kein Qualitätsmangel. 30 dB ist die Kleinsignalverstärkung, während ASE-Rauschen und Rauschzahl die tatsächliche Verstärkung reduzieren. Tatsächlich liegt die gemessene Verstärkung oft unter der nominellen Verstärkung, was verdeutlicht, dass dieses Phänomen kein Qualitätsmangel des Geräts ist, sondern durch die Funktionsweise des Verstärkers bedingt wird.

Kleinsignalverstärkung ≠ tatsächliche Verstärkung:

1. Kernwiderspruch: Die im Datenblatt angegebene Verstärkung (z. B. 30 dB) ist eine Kleinsignalverstärkung. Dieser Wert ist ideal, wenn die Eingangssignalleistung sehr niedrig ist (z. B. -20 bis -30 dBm) und die Nennpumpenleistung erreicht ist. Er entspricht jedoch nicht der tatsächlichen Verstärkung bei hohen Eingangssignalleistungen in praktischen Anwendungen.
2. Der Hauptgrund für den Gewinnrückgang:
2.1 Verstärkungssättigung: Mit zunehmender Eingangssignalleistung steigt die Verstärkung des EDFA.Optischer Verstärkertritt in den Sättigungsbereich ein, wodurch die Verstärkung von ihrem Maximalwert abnimmt.
2.2 Ablenkung des ASE-Rauschens: Verstärktes spontanes Emissionsrauschen (ASE) konkurriert mit dem Signallicht und verbraucht einen Teil der Pumpleistung. Je stärker das ASE-Rauschen, desto geringer ist die effektive Verstärkung, die zur Verstärkung des Signallichts genutzt wird. Dies ist einer der Hauptgründe, warum die gemessene Verstärkung niedriger als der Nennwert ist.
2.3 Quantitativer Zusammenhang: Je höher die Eingangsleistung, desto stärker ist die Kompression der tatsächlichen Verstärkung (G_tatsächlich) im Vergleich zur Kleinsignalverstärkung (G_klein). Die Kompression resultiert hauptsächlich aus der Sättigungskompression (ΔG_sat) und der Verstärkung durch die Reduzierung des ASE-Rauschens (ΔG_ASE). Beispielsweise ist es bei einer Eingangsleistung von 0 dBm üblich, dass die gemessene Verstärkung mehr als 3 dB unter dem Nennwert liegt.
3. Vorschläge für die Ingenieurpraxis:
3.1 Linkbudget: Für die Berechnung sollte nicht direkt die Kleinsignalverstärkung verwendet werden, sondern eine realistischere Linkbudgetformel sollte angewendet werden:
P_out ≈ P_in+G_small-NF-3dB (Sicherheitsmarge)
Unter ihnen ist NF die Rauschzahl (typischer Wert 4-6dB).
3.2 Umgekehrte Kalibrierung: Wenn die gemessene Ausgangsleistung nicht mit dem Formelbudget übereinstimmt, kann die Formel verwendet werden, um die tatsächliche Systemrauschzahl (NF) rückwärts zu berechnen. Dies ermöglicht eine genauere Auslegung und Kalibrierung der Verbindung.

Fazit: Bei der Bewertung und VerwendungEDFABei optischen Verstärkern müssen Ingenieure die Eingangssignalleistung beachten und die Verstärkungskompression bei hohen Signalstärken verstehen. Die Leistungsbudgetierung sollte bei der Auslegung der Verbindung auf der tatsächlichen Eingangsleistung und technischen Formeln basieren, die Rauschfaktor und Sicherheitsmarge berücksichtigen, anstatt sich lediglich auf den Nennwert der Kleinsignalverstärkung im Datenblatt zu verlassen. Nach Erhalt des EDFA-Verstärkers sollte zunächst die Eingangsleistung erfragt und anschließend die zu erwartende Ausgangsleistung mithilfe der Verbindungsbudgetformel berechnet werden. Die Kleinsignalverstärkung darf nicht für die vollständige Leistungsbudgetierung verwendet werden.