Усъвършенствани оптични компоненти - усилвател с фибри, легиран с ербиум (EDFA)
Много приложения за оптични влакна, като DWDM системи с дълги разстояния, изискват усилване на оптичния сигнал. В миналото това означаваше използването на скъпи електронни ретранслатори в междинни точки на всеки 100 км. Днешните модерни DWDM системи за дълги разстояния използват няколко модерни оптични компонента, за да заменят множество повторители с едно оптично устройство. Тези оптични устройства, които се наричат оптични усилватели, някога само лабораторни куриози, сега виждат широко приложение в полевите разгръщания. Един от най-разпространените оптични усилватели е усилвателят с фибри, легиран с ербиум (EDFA).
Изследователите разработиха EDFA, за да заменят множество електронни ретранслатори с по-малко оптични повторители, като цяло намаляват цената и сложността на системата. EDFA също позволяват прости надстройки на системата, като добавят допълнителни източници към различни дължини на вълната и ги комбинират върху едно влакно, използвайки DWDM мултиплексор.
Влакната, използвани в EDFA, са легирани с ербий, рядкоземен елемент, който има съответните енергийни нива в своята атомна структура, за да усилва светлина при 1550 nm. 980 nm или 1480 nm "помпа" лазер впръсква енергия в влакна, легирани с ербий. Когато слаб сигнал при 1550 nm навлиза във влакното, светлината стимулира ербиевите атоми да освободят запаметената си енергия като допълнителна 1550 nm светлина. Този процес продължава, докато сигналът преминава надолу върху влакното, като става все по-силен и силен, докато достигне до легирания с ербий регион.
Фигурата по-долу показва двустепенна EDFA с асес на средния етап, важен елемент на много високоефективните оптични системи. В този случай две прости едноетапни EDFA са пакетирани заедно. Потребителят получава изхода на първия етап EDFA и входа на втория етап EDFA. Тези системи често изискват периодична употреба на допълнителни елементи, като влакна, компенсиращи дисперсията (DCF), за да се намали общата дисперсия. Високата загуба на вмъкване от 10 dB или повече прави DCF проблематичен. Поставянето на DCF в средната степен на достъп на двуетапната EDFA намалява вредните ефекти върху системата. Потребителят все още реализира значителна печалба чрез EDFA, дори и с добавянето на високо оптична загуба на DCF.
На фигурата оптичният вход първо преминава през оптичен изолатор # 1, който onlu позволява на светлината да преминава отляво надясно. След това светлината преминава през WDM # 1. WDM # 1 осигурява средство за инжектиране на дължината на вълната на помпата от 980 nm в първата дължина на ербиево влакно. WDM # 1 също така позволява свързване на оптичния входен сигнал към влакна, легирани с ербий, с минимални оптични загуби.
Енергията от 980 nm изпомпва ербиевите атоми в бавно разпадащо се възбудено състояние. Когато светлината в лентата от 1550 nm пътува през влакна, легирани с ербий, които обикновено са дълги десетки метра, това предизвиква стимулираното излъчване на радиация, подобно на лазер. По този начин оптичният входен сигнал от 1550 nm придобива сила. След това изходът на влакна, легирани с ербий, преминава през оптичен изолатор №2, който става достъпен за потребителя. Обикновено точката за достъп в средната степен се свързва с някакво устройство за компенсиране на дисперсията. След това светлината преминава през изолатор # 3 и WDM # 2. WDM # 2 двойки 1480 nm енергия от втори помпа лазер в другия край на втора дължина на ербиево влакно, увеличаване на усилването и изходната мощност. Накрая светлината преминава през изолатор # 4.
EDFA избягват повечето активни компоненти, защото фотоните усилват сигнала. EDFA осигурява висока изходна мощност, което изисква по-малко усилватели в даден дизайн на системата. Най-основните EDFA дизайн усилватели светят в доста тясна ивица: 12 nm. Добавянето на филтри за изравняване на усилването може да увеличи лентата до повече от 25 nm. Други екзотични легирани влакна увеличават лентата на усилване до 40 nm или повече. Освен това независимостта на скоростта на данни в EDFA означава, че обновяването на системата изисква промяна само на терминалите за стартиране и получаване.
Надеждната работа на EDFA го прави полезен при оптични комуникационни системи с висока скорост на данни и системи за доставка на CATV. В CATV приложения EDFA засилват сигнала преди и след оптичен сплитер, за да усилят разделения сигнал за предаване през няколко влакна. Вижте подробности за продукта на усилвателя CATV тук. Като цяло съществуват четири основни приложения за оптични усилватели: усилвател / усилвател на мощност, редови усилвател, предварителен усилвател или компенсации на загуби за оптични мрежи.
