Avanserte optiske komponenter - Erbium-dotert fiberforsterker (EDFA)
Mange fiberoptiske applikasjoner, for eksempel langdistanse-DWDM-systemer, krever forsterkning av det optiske signalet. Tidligere innebar dette bruk av dyre elektroniske repeatere på mellompunkter hver 100 km. Dagens moderne langdistanse DWDM-systemer bruker flere avanserte optiske komponenter for å erstatte flere repeatere med en enkelt optisk enhet. Disse optiske enhetene som kalles optiske forsterkere, en gang bare kuriositetskrav, ser nå utbredt bruk i feltutplasseringer. En av de vanligste optiske forsterkere er Erbium-dopet fiberforsterker (EDFA).
Forskere utviklet EDFA for å erstatte mange elektroniske repeatere med færre optiske repeatere, noe som totalt reduserte systemkostnadene og kompleksiteten. EDFAs tillater også enkle systemoppgraderinger ved å legge til flere kilder til forskjellige bølgelengder og kombinere dem på en enkelt fiber ved hjelp av en DWDM-multiplexer.
Fiberen som brukes i en EDFA er dopet med erbium, et sjeldent jordelement som har de passende energinivåene i sin atomstruktur for å forsterke lys ved 1550 nm. En "pumpe" -laser på 980 nm eller 1480 nm injiserer energi i den erbium-dopede fiberen. Når et svakt signal ved 1550 nm kommer inn i fiberen, stimulerer lyset erbiumatomer til å frigjøre deres lagrede energi som ytterligere 1550 nm lys. Denne prosessen fortsetter når signalet går nedover fiberen, og blir sterkere og sterkere til det når det erbium-dopede området.
Figuren nedenfor viser en totrinns EDFA med midttrinnstilgang, et viktig element i fiberoptiske systemer med meget høy ytelse. I dette tilfellet pakkes to enkle etappetrinns EDFAer sammen. Brukeren mottar utgangen fra det første trinnet EDFA og innspillet fra det andre trinnet EDFA. Disse systemene krever ofte periodisk bruk av tilleggselementer, for eksempel Dispersion-Compensating Fiber (DCF), for å redusere den totale spredningen. Et høyt innsettingstap på 10 dB eller mer gjør DCF problematisk. Plassering av DCF på midttrinnstilgangspunktet til totrinns EDFA reduserer skadelige effekter på systemet. Brukeren innser fortsatt betydelig gevinst gjennom EDFA, selv med tillegg av det høye optiske tapstykket DCF.
På figuren passerer den optiske inngangen først gjennom den optiske isolatoren # 1, som onlu lar lys passere fra venstre til høyre. Neste lys passerer gjennom WDM # 1. WDM nr. 1 tilveiebringer et middel til å injisere 980 nm pumpebølgelengde i den første lengden av erbiumdopet fiber. WDM # 1 tillater også å koble det optiske inngangssignalet til den erbium-dopede fiberen med minimalt optisk tap.
Energien på 980 nm pumper erbiumatomene i en sakte forfallende, opphisset tilstand. Når lys i 1550 nm-båndet beveger seg gjennom den erbium-dopede fiberen, som vanligvis er titalls meter lang, forårsaker det den stimulerte utstrålingen av stråling, omtrent som en laser. På denne måten får det 1550 nm optiske inngangssignalet styrke. Utgangen fra den erbium-dopede fiberen går deretter gjennom optisk isolator # 2, som blir tilgjengelig for brukeren. Typisk kobles midtstegets aksesspunkt til en slags spredningskompenserende enhet. Lyset beveger seg deretter gjennom isolator # 3 og WDM # 2. WDM # 2 kobler 1480 nm energi fra en andre pumpelaser inn i den andre enden av en andre lengde med erbiumdopet fiber, noe som øker forsterkning og utgangseffekt. Til slutt beveger lyset seg gjennom isolator 4.
EDFAs unngår de fleste aktive komponenter fordi fotoner forsterker signalet. EDFA gir en høy utgangseffekt, som krever færre forsterkere i en gitt systemdesign. De mest grunnleggende EDFA-designforsterkerne lyser over et ganske smalt bånd: 12 nm. Tillegg av forsterkningsutjevningsfilter kan øke båndet til mer enn 25 nm. Andre eksotiske dopede fibre øker forsterkningsbåndet til 40 nm eller mer. Videre betyr datahastighetsuavhengighet i EDFA-er en systemoppgradering som bare krever endring av start- og mottaksterminaler.
EDFAs pålitelige ytelse gjør den nyttig i langdistanse, høy datahastighet fiberoptiske kommunikasjonssystemer og CATV-leveringssystemer. I CATV-applikasjoner øker EDFAs signalet før og etter en optisk splitter for å forsterke delingssignalet for overføring over flere fibre. Se produktdetaljene til CATV-forsterker her. Generelt eksisterer det fire hovedapplikasjoner for optiske forsterkere: effektforsterker / booster, in-line forsterker, forforsterker eller tapskompensasjon for optiske nettverk.
