Avancerade optiska komponenter - Erbium-dopad fiberförstärkare (EDFA)
Många fiberoptiska applikationer, såsom långdistans DWDM-system, kräver förstärkning av den optiska signalen. Tidigare innebar detta användning av dyra elektroniska repeatrar på mellanpunkter varje 100 km. Dagens moderna långdistans DWDM-system använder flera avancerade optiska komponenter för att ersätta flera repeatrar med en enda optisk enhet. Dessa optiska apparater, som kallas optiska förstärkare, en gång endast laboratoriekurositeter, ser nu utbredd användning vid fältutplaceringar. En av de vanligaste optiska förstärkarna är Erbium-dopad fiberförstärkare (EDFA).
Forskare utvecklade EDFA för att ersätta flera elektroniska repeatrar med färre optiska repeatrar, vilket totalt reducerar systemkostnaderna och komplexiteten. EDFA tillåter också enkla systemuppgraderingar genom att lägga till ytterligare källor till olika våglängder och kombinera dem på en enda fiber med hjälp av en DWDM-multiplexer.
Fiberen som används i en EDFA är dopad med erbium, ett sällsynt jordelement som har lämpliga energinivåer i sin atomstruktur för att förstärka 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 kommer in i fibern, stimulerar ljuset erbiumatomerna att släppa sin lagrade energi som ytterligare 1550 nm ljus. Denna process fortsätter när signalen passerar fibern och blir starkare och starkare tills den når det erbium-dopade området.
Figuren nedan visar en tvåstegs EDFA med mittstegsmått, ett viktigt element i mycket högpresterande fiberoptiska system. I detta fall förpackas två enkla steg i enstegs EDFA: er. Användaren mottar utgången från det första steget EDFA och ingången från det andra steget EDFA. Dessa system kräver ofta periodisk användning av ytterligare element, såsom Dispersion-Compensating Fiber (DCF), för att minska den totala spridningen. En hög införingsförlust på 10 dB eller mer gör DCF problematisk. Att placera DCF vid återställningspunkten i den tvåstegs EDFA reducerar skadliga effekter på systemet. Användaren inser fortfarande betydande förstärkning genom EDFA, även med tillägget av det höga optiska förluststycket 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 pumpvåglängd i den första längden av erbiumdopad fiber. WDM # 1 tillåter också koppling av den optiska insignalen till den erbium-dopade fibern med minimal optisk förlust.
Energin på 980 nm pumpar erbiumatomerna till ett långsamt förfallande, upphetsat tillstånd. När ljus i 1550 nm-bandet rör sig genom den erbiumdopade fibern, som vanligtvis är tiotals meter lång, orsakar det den stimulerade strålningen, precis som en laser. På detta sätt får den 1550 nm optiska insignalen styrka. Utsignalen från den erbiumdopade fibern går sedan genom den optiska isolatorn # 2, som blir tillgänglig för användaren. Typiskt ansluter mittstegets åtkomstpunkt till någon slags spridningskompenseringsanordning. Ljuset förflyttas sedan genom isolator # 3 och WDM # 2. WDM # 2 kopplar samman 1480 nm energi från en andra pumplaser till den andra änden av en andra längd av erbiumdopad fiber, vilket ökar förstärkning och uteffekt. Slutligen reser ljuset genom isolator # 4.
EDFA: er 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 tänds över ett ganska smalt band: 12 nm. Tillsatsen av förstärkningsutjämningsfilter kan öka bandet till mer än 25 nm. Andra exotiska dopade fibrer ökar amplifieringsbandet till 40 nm eller mer. Dessutom innebär datahastighetsoberoende i EDFA: er att en systemuppgradering kräver att endast ändring och mottagningsterminaler ändras.
EDFA: s tillförlitliga prestanda gör det användbart i långdistans, hög datahastighet fiberoptiska kommunikationssystem och CATV-leveranssystem. I CATV-applikationer ökar EDFAs signalen före och efter en optisk splitter för att förstärka delningssignalen för överföring över flera fibrer. Se produktinformationen om CATV-förstärkaren här. I allmänhet finns fyra huvudapplikationer för optiska förstärkare: effektförstärkare / booster, in-line-förstärkare, förförstärkare eller förlustkompensationer för optiska nätverk.