Avancerade optiska komponenter - Erbium-doped fiberförstärkare (EDFA)
Många fiberoptiska tillämpningar, såsom långdistans DWDM-system, kräver förstärkning av den optiska signalen. Tidigare medförde detta att man använde dyra elektroniska repeaters vid mellanliggande punkter var 100 km. Dagens moderna DWDM-system med långdistansdrift använder flera avancerade optiska komponenter för att ersätta flera repeaters med en enda optisk enhet. Dessa optiska enheter som kallas optiska förstärkare , en gång endast laboratorie kuriositeter, ser nu utbredd användning i fältutplaceringar. En av de vanligaste optiska förstärkare är Erbium-doped fiberförstärkare (EDFA).
Forskare utvecklade EDFA för att ersätta många elektroniska repeaters med färre optiska repeaters, övergripande minskar systemkostnad och komplexitet. EDFA tillåter också enkla systemuppgraderingar genom att lägga till ytterligare källor till olika våglängder och kombinera dem med en enkel fiber med en DWDM-multiplexor .
Fibern som används i en EDFA dopas med erbium, ett sällsynt jordartsmedel som har lämpliga energinivåer i sin atomstruktur för att amplifiera ljus vid 1550 nm. En 980 nm eller 1480 nm "pump" -laser injicerar energi i den erbiumdopade fibern. När en svag signal vid 1550 nm tränger in i fibern, stimulerar ljuset erbiumatomerna för att släppa sin lagrade energi som ytterligare 1550 nm ljus. Denna process fortsätter när signalen går ner i fibern, växer starkare och starkare tills den når den erbiumdopade regionen.
Figuren nedan visar en två-stegs EDFA med mid-stage acess, ett viktigt element i mycket högpresterande fiberoptiska system. I det här fallet packas två enkla enfasiga EDFA-enheter tillsammans. Användaren mottar utmatningen från den första etappen EDFA och ingången till andra etappen EDFA. Dessa system kräver ofta periodisk användning av ytterligare element, såsom Dispersion-Compensating Fiber (DCF), för att minska den totala dispersionen. En hög införingsförlust på 10 dB eller mer gör DCF problematisk. Placering av DCF vid mellannivåanslutningspunkten i tvåstegs EDFA reducerar skadliga effekter på systemet. Användaren upplever fortfarande betydande vinst genom EDFA, även med den extra av den optiska förlustdelen DCF.
I figuren passerar den optiska ingången först genom den optiska isolatorn # 1, vilken onlu tillåter ljus att passera från vänster till höger. Därefter passerar ljuset genom WDM # 1. WDM # 1 tillhandahåller ett sätt att injicera 980 nm pumpvåglängden i den första längden av erbiumdopad fiber. WDM # 1 tillåter också koppling av den optiska ingångssignalen till den erbiumdopade fibern med minimal optisk förlust.
980 nm-energi pumpar erbiumatomerna i ett långsamt förfallande, upphetsat tillstånd. När ljus i 1550 nm-bandet passerar genom den erbiumdopade fibern, som vanligtvis är tiotals meter lång, orsakar det det stimulerade strålningsutsläppet, ungefär som en laser. På detta sätt får den optiska 1550 nm-signalen 15 signalstyrka. Utgången från den erbiumdopade fibern passerar sedan genom optisk isolator # 2, som blir tillgänglig för användaren. Typiskt ansluts mellanstadiet acess-punkten till någon form av dispersionskompensationsanordning. Ljuset går sedan genom isolatorn # 3 och WDM # 2. WDM # 2 kopplar 1480 nm energi från en andra pumplaser in i den andra änden av en andra längd av erbiumdopad fiber, ökande förstärkning och utgångseffekt. Slutligen färdas ljuset genom isolatorn # 4.
EDFA undviker de flesta aktiva komponenter eftersom fotoner förstärker signalen. EDFA ger en hög uteffekt, vilket kräver färre förstärkare i en given systemdesign. De mest grundläggande EDFA-designförstärkarna lyser över ett ganska smalt band: 12 nm. Tillägget av förstärkningsfilter kan öka bandet till mer än 25 nm. Andra exotiska dopade fibrer ökar amplifieringsbandet till 40 nm eller mer. Vidare innebär datahastighetsoberoende i EDFA: en systemuppgradering kräver att endast lanserings- och mottagarterminaler ändras.
EDFAs pålitliga prestanda gör den användbar i långdistans-, fiberoptiska kommunikationssystem med hög datahastighet och CATV-leveranssystem. I CATV-applikationer ökar EDFA signalen före och efter en optisk splitter för att förstärka delningssignalen för överföring över flera fibrer. Se produktinformationen för CATV-förstärkaren här. I allmänhet finns fyra stora tillämpningar för optiska förstärkare: effektförstärkare / booster, in-line förstärkare, förförstärkare eller förlustkompenseringar för optiska nätverk.
