Разработка структурной схемы эрбиевого усилителя

Задачей оптического усилителя является усиление входного сигнала. Усилитель должен иметь модульную структуру для возможности его модификации под конкретные нужды заказчика. Должна быть предусмотрена система термостабилизации, а также контроль выходных параметров. Также желательна возможность подключения к внешним устройствам для возможности управления параметрами усилителя.

Структурная схема состоит из 3-х основных частей: платы управления, кросс – платы и оптического модуля. Также на ней представлен блок питания с фильтрами и система охлаждения, представленная вентилятором, LCD – дисплей.

Питание устройства осуществляется от блока питания ECM40-60UT34 постоянными напряжениями: +12В, +5В, +3.3В. Плата управления состоит из: микрокроконтроллера STR710FZ2 – все управление в усилителе осуществляется через него, контроллера GPIB – благодаря которому возможна связь с внешними устройствами по шине GPIB (по данной шине осуществляется программирование контроллера), графический контроллер S1D13A05 – осуществляет управление работой LCD дисплея. Interlock – играет роль блокиратора (например, осуществляет автоматическое выключение усилителя при выходе из комнаты).

Рис. 3.6. Структурная схема эрбиевого усилителя

Также для связи с внешними устройствами микроконтроллер использует протокол RS-232. По шине I²C контроллер управляет работой оптического модуля и кросс – платы.

Кросс – плата состоит из: мультиплексора ADG706, АЦП ADS7823, источников тока, драйверов элемента Пелтье, усилителей для фотодиодов.

Через мультиплексор осуществляется взаимодействие с лазерными диодами и фотодиодами. Источник тока задаёт ток смещения лазерного диода. Драйвер элемента Пелтье позволяет поддерживать температуру лазерного диода постоянной. Усилители предназначены для слабого сигнала с фотодиодов.

Оптический модуль состоит из: двух лазерных диодов Fitel FOL1402PLF (1480 нм) c элементами Пелтье, четырёх лазерных диодов Agilent FPL4916/U4 (980 нм) и четырёх фотодиодов (рис. 3.7)

Рис. 3.7. Структурная схема оптического модуля

На данной схеме 1/99 – оптический разветвитель, разделяющий оптический сигнал на входе на два потока 1% и 99% (1% - для контроля входной мощности подаётся на фотодиод, 99 % передаётся дальше). IS - оптический изолятор, обеспечивает прохождение света только в заданном направлении. MS – оптический мультиплексор, позволяет в ввести в эрбиевое волокно (Er⁺) не кроме сигнала излучение накачки от лазерного диода (980/1550 нм – объединение данных длин волн). В схеме используются различные способы накачки, на различных длинах волн (980 и 1480 нм, попутная и встречная накачка). Представленная оптическая схема состоит из двух каскадов. Первый каскад работает с малым входным сигналом и называется предусилителем, второй каскад обеспечивает большую выходную моность и называется усилителем мощности. Применительно к каскаду усилителей EDFA имеют место следующие практические выводы: конструкция предусилителей EDFA должна обеспечивать минимально возможное значение шум – фактора, а конструкция усилителей мощности должна обеспечивать наибольшее значение выходной мощности и эффективности накачки. Наименьшее значение шум – фактора достигается в усилителях, использующих сонаправленную накачку на длине волны 980 нм, и именно их целесообразно использовать в качестве предусилителей. Наибольшую эффективность накачки и выходную мощность можно получить при использовании встречной накачки на длине волны 1480 нм. Такую конструкцию целесообразно использовать в усилителях мощности.

Таблица 3.5 основные параметры усилителя VS56