Усъвършенствани оптични компоненти - усилвател с влакно с ербий (EDFA)
Много приложения с оптични влакна, като DWDM системи на дълги разстояния, изискват усилване на оптичния сигнал. В миналото това включваше използването на скъпи електронни ретранслатори на междинни точки на всеки 100 km. Днешните модерни DWDM системи използват няколко усъвършенствани оптични компонента, за да заменят множество повторители с едно оптично устройство. Тези оптични устройства, които се наричат оптични усилватели , веднъж само лабораторни любопитни факти, сега виждат широко приложение в областта на внедряването. Един от най-често използваните оптични усилватели е усилвател с оптично усилване с ербий (EDFA).
Изследователите разработиха EDFA, за да заменят многобройни електронни ретранслатори с по-малко оптични ретранслатори, като цяло намаляват разходите и сложността на системата. EDFAs също така позволяват прости ъпгрейди на системата чрез добавяне на допълнителни източници към различни дължини на вълните и комбинирането им в едно влакно с DWDM мултиплексор .
Влакното, използвано в EDFA, е легирано с ербий, редкоземен елемент, който има подходящи енергийни нива в атомната си структура, за да усили светлината при 1550 nm. 980 nm или 1480 nm "помпа" лазер инжектира енергия във влакното с добавка на ербий. Когато слаб сигнал при 1550 nm влезе във фибрата, светлината стимулира ербиевите атоми да освободят съхранената им енергия като допълнителна светлина от 1550 nm. Този процес продължава, тъй като сигналът преминава надолу по влакното, става по-силен и по-силен, докато стигне до областта, легирана с ербий.
Фигурата по-долу показва двуетапен EDFA с достъп от средата на етапа, който е важен елемент от оптични системи с много висока производителност. В този случай, две обикновени еднофазни EDFA се пакетират заедно. Потребителят получава изхода на първия етап EDFA и входа на втория етап EDFA. Тези системи често изискват периодично използване на допълнителни елементи, като дисперсионно компенсиращо влакно (DCF), за да се намали общата дисперсия. Високата загуба на вмъкване от 10 dB или повече прави DCF проблематичен. Поставянето на DCF в средата на точката на достъп на двустепенния EDFA намалява вредното въздействие върху системата. Потребителят все още реализира значително усилване чрез EDFA, дори с допълнителната част на DCF с висока оптична загуба.
На фигурата, оптичният вход първо преминава през оптичен изолатор # 1, който onlu позволява преминаването на светлината от ляво на дясно. След това светлината преминава през WDM # 1. WDM # 1 осигурява средство за инжектиране на 980 nm дължина на вълната на помпата в първата дължина на легираните с ербий влакна. WDM # 1 също позволява свързване на оптичния входен сигнал към ербиево-легираното влакно с минимална оптична загуба.
980 нм енергията изпомпва ербиевите атоми в бавно разлагащо се, възбудено състояние. Когато светлината в обхвата от 1550 nm минава през легираните с ербий влакна, които обикновено са дълги десетки метри, той предизвиква стимулираното излъчване, подобно на лазера. По този начин, 1550 nm оптичен входен сигнал придобива сила. След това изходът на легираните с ербий влакна преминава през оптичен изолатор # 2, който става достъпен за потребителя. Обикновено, точката на присъединяване към средния етап се свързва с някакво устройство за компенсиране на дисперсията. След това светлината преминава през изолатор # 3 и WDM # 2. WDM # 2 свързва 1480 nm енергия от втори помпа лазер в другия край на втора дължина на ербий-легирани влакна, увеличаване на печалбата и изходната мощност. Накрая светлината преминава през изолатор # 4.
EDFA избягват повечето активни компоненти, защото фотоните усилват сигнала. EDFA осигурява висока изходна мощност, изискваща по-малко усилватели в дадена система. Най-основните EDFA проектират усилватели, осветяващи сравнително тясна лента: 12 nm. Добавянето на филтри за изравняване на усилването може да увеличи лентата на повече от 25 nm. Други екзотични допирани влакна увеличават обхвата на усилване до 40 nm или повече. Освен това, независимостта на скоростта на предаване на данни в EDFA означава, че обновяването на системата изисква промяна само на терминалите за стартиране и приемане.
Надеждните характеристики на EDFA го правят полезна в оптични комуникационни системи с висока скорост на предаване на данни и CATV системи за доставка. В CATV приложения, EDFAs усилват сигнала преди и след оптичен сплитер за усилване на сигнала за разделяне за предаване по няколко влакна. Вижте подробности за продукта на CATV усилвателя тук. Като цяло съществуват четири основни приложения за оптични усилватели: усилвател / усилвател, вграден усилвател, пред-усилвател или компенсации на загуби за оптични мрежи.
