Avancerede optiske komponenter - Erbium-doteret Fiberforstærker (EDFA)
Mange fiberoptiske applikationer, såsom langdistance-DWDM-systemer, kræver forstærkning af det optiske signal. Tidligere medførte dette anvendelse af dyre elektroniske repeater på mellemliggende punkter hver 100 km. Dagens moderne langdistance-DWDM-systemer bruger flere avancerede optiske komponenter til at erstatte flere repeater med en enkelt optisk enhed. Disse optiske enheder, der kaldes optiske forstærkere , engang kun laboratorie kuriositeter, ser nu udbredt anvendelse i feltudbredelser. En af de mest almindelige optiske forstærkere er Erbium-doped Fiberforstærker (EDFA).
Forskere udviklede EDFA til at erstatte adskillige elektroniske repeater med færre optiske repeater, samlet reducerende systemomkostninger og kompleksitet. EDFA'er tillader også enkle systemopgraderinger ved at tilføje yderligere kilder til forskellige bølgelængder og kombinere dem med en enkelt fiber ved hjælp af en DWDM multiplexer .
Fiberen, der anvendes i en EDFA, er doteret med erbium, et sjældent jordartsmiddel, der har de rette energiniveauer i dets atomstruktur for at amplificere lys ved 1550 nm. En 980 nm eller 1480 nm "pumpe" -laser injicerer energi i den erbiumdoterede fiber. Når et svagt signal ved 1550 nm kommer ind i fiberen, stimulerer lyset erbiumatomerne til at frigive deres lagrede energi som yderligere 1550 nm lys. Denne proces fortsætter, da signalet går ned i fiberen, vokser stærkere og stærkere, indtil det når den erbium-dopede region.
Figuren nedenfor viser en to-trins EDFA med mid-stage acess, et vigtigt element i meget højtydende fiberoptiske systemer. I dette tilfælde pakkes to enkle enfasede EDFA'er sammen. Brugeren modtager output fra første fase EDFA og input fra anden fase EDFA. Disse systemer kræver ofte periodisk brug af yderligere elementer, såsom dispersions-kompenserende fiber (DCF), for at reducere den samlede dispersion. Et højt indsættelsestab på 10 dB eller mere gør DCF problematisk. Placering af DCF i midterste adgangspunkt for to-trins EDFA reducerer skadelige effekter på systemet. Brugeren opdager stadig betydelige gevinster gennem EDFA, selv med det ekstra optiske tab af DCF.
I figuren passerer den optiske indgang først gennem optisk isolator nr. 1, hvilket gør det muligt at passere lys fra venstre mod højre. Herefter går lyset gennem WDM # 1. WDM # 1 tilvejebringer et middel til at injicere 980 nm pumpebølgelængden ind i den første længde erbiumdoterede fibre. WDM # 1 tillader også kobling af det optiske indgangssignal til den erbiumdoterede fiber med minimal optisk tab.
980 nm-energien pumper erbiumatomerne i en langsomt forfaldende, ophidset tilstand. Når lys i 1550 nm båndet bevæger sig gennem den erbium-doterede fiber, som normalt er tiere meter lang, forårsager det den stimulerede udstråling af stråling, ligesom en laser. På denne måde opnår optisk indgangssignal på 1550 nm styrke. Udgangen af den erbiumdoterede fiber går derefter gennem optisk isolator nr. 2, som bliver tilgængelig for brugeren. Typisk forbinder midtpunkts-acess-punktet med en slags dispersionskompenserende indretning. Lyset bevæger sig derefter gennem isolator nr. 3 og WDM # 2. WDM # 2 forbinder 1480 nm energi fra en anden pumpelaser ind i den anden ende af en anden længde erbiumdoteret fiber, stigende forstærkning og udgangseffekt. Endelig bevæger lyset gennem isolator nr. 4.
EDFA'er undgår de fleste aktive komponenter, fordi fotoner forstærker signalet. EDFA'en giver en høj udgangseffekt, der kræver færre forstærkere i et givet systemdesign. De mest grundlæggende EDFA-designforstærkere lyser over et ret smalt bånd: 12 nm. Tilsætningen af forstærkningsfiltre kan øge båndet til mere end 25 nm. Andre eksotiske doterede fibre øger amplifikationsbåndet til 40 nm eller mere. Endvidere betyder datahastighedsuafhængigheden i EDFA'er en systemopgradering, at der kun skal ændres lancerings- og modtagesterminalerne.
EDFAs pålidelige ydeevne gør det nyttigt i langtrækkende, fiberoptiske kommunikationssystemer med høj datahastighed og CATV-leveringssystemer. I CATV applikationer øger EDFA signalet før og efter en optisk splitter for at forstærke split-signalet til transmission over flere fibre. Se CATV forstærker produkt detaljer her. Generelt findes der fire større applikationer til optiske forstærkere: effektforstærker / booster, in-line forstærker, forforstærker eller tabkompensation for optiske netværk.
