Avanserte optiske komponenter - Erbium-doped fiberforsterker (EDFA)
Mange fiberoptiske applikasjoner, for eksempel langdistanse DWDM-systemer, krever forsterkning av det optiske signalet. Tidligere medførte dette bruk av dyre elektroniske repeater på mellomliggende punkter hver 100 km. Dagens moderne langdistanse DWDM-systemer bruker flere avanserte optiske komponenter for å erstatte flere repeaters med en enkelt optisk enhet. Disse optiske enheter som kalles optiske forsterkere , en gang bare laboratorie kuriositeter, ser nå utbredt bruk i feltutplasseringer. En av de vanligste optiske forsterkerne er Erbium-doped Fiberforsterker (EDFA).
Forskere utviklet EDFA for å erstatte mange elektroniske repeaters med færre optiske repeater, samlet redusert systemkostnad og kompleksitet. EDFAer tillater også enkle systemoppgraderinger ved å legge til flere kilder til forskjellige bølgelengder og kombinere dem med en enkelt fiber ved hjelp av en DWDM-multiplexer .
Fiberen som brukes i en EDFA er dopet med erbium, et sjeldne jordartsmateriale som har de riktige energinivåene i sin atomstruktur for å forsterke lys ved 1550 nm. En 980 nm eller 1480 nm "pumpe" -laser injiserer energi i den erbiumdopede fiber. Når et svakt signal ved 1550 nm kommer inn i fiberen, stimulerer lyset erbiumatomer til å frigjøre sin lagrede energi som ytterligere 1550 nm lys. Denne prosessen fortsetter når signalet passerer ned fiberen, vokser sterkere og sterkere til den når den erbium-dopede regionen.
Figuren under viser en to-trinns EDFA med mellomstadiet aksess, et viktig element i meget høy ytelse fiberoptisk systemer. I dette tilfellet pakkes to enkle engangs-EDFAer sammen. Brukeren mottar utgangen fra den første etappen EDFA og inngangen til den andre etappen EDFA. Disse systemene krever ofte periodisk bruk av ytterligere elementer, slik som dispersjons-kompenserende fiber (DCF), for å redusere den totale dispersjonen. Et høyt innføringsfall på 10 dB eller mer gjør DCF problematisk. Plassering av DCF på midtpunkts tilgangspunktet i to-trinns EDFA reduserer skadelige effekter på systemet. Brukeren forstår fortsatt betydelig gevinst gjennom EDFA, selv med tillegg av det optiske tapet DCF.
På figuren passerer den optiske inngangen først gjennom optisk isolator nr. 1, noe som gjør at lyset kan passere fra venstre til høyre. Deretter går lyset gjennom WDM # 1. WDM # 1 gir et middel til å injisere 980 nm pumpebølgelengden inn i den første lengden av erbiumdoped fiber. WDM # 1 tillater også kobling av det optiske inngangssignalet til den erbiumdopede fiber med minimal optisk tap.
980 nm-energien pumper erbiumatomer inn i en sakte forfallende, opphisset tilstand. Når lys i 1550 nm-bandet beveger seg gjennom den erbium-dopede fiber, som vanligvis er titalls meter lang, forårsaker det den stimulerte strålingsutslippet, akkurat som en laser. På denne måten får optisk inngangssignal på 1550 nm styrke. Utgangen av den erbiumdopede fiber går da gjennom optisk isolator nr. 2, som blir tilgjengelig for brukeren. Vanligvis kobler midtpunktsaksesspunktet seg til en slags dispersjonskompenserende enhet. Lyset går da gjennom isolator nr. 3 og WDM # 2. WDM # 2 par 1480 nm energi fra en andre pumpe laser inn i den andre enden av en annen lengde erbium-dopet fiber, økende forsterkning og utgangseffekt. Til slutt går lyset gjennom isolator nr. 4.
EDFAer unngår de fleste aktive komponenter fordi fotoner forsterker signalet. EDFA gir en høy utgangseffekt, og krever færre forsterkere i en gitt systemdesign. De mest grunnleggende EDFA designforsterkerne lyser over et ganske smalt bånd: 12 nm. Tilsetningen av forsterkningsutjevningsfiltre kan øke båndet til mer enn 25 nm. Andre eksotiske dopede fibre øker amplifikasjonsbåndet til 40 nm eller mer. Videre betyr datahastighet uavhengighet i EDFAer en systemoppgradering krever at bare lanserings- og mottaksterminaler endres.
EDFAs pålitelige ytelse gjør den nyttig i langdistanse, fiberoptiske kommunikasjonssystemer med høy datahastighet og CATV-leveringssystemer. I CATV-applikasjoner øker EDFA signalet før og etter en optisk splitter for å amplifisere delt signal for overføring over flere fibre. Se CATV forsterker produktdetaljer her. Generelt finnes det fire store applikasjoner for optiske forsterkere: effektforsterker / booster, in-line forsterker, forforsterker eller tapskompensasjoner for optiske nettverk.
