Kehittyneet optiset komponentit - Erbium-seostettu kuituvahvistin (EDFA)

Kehittyneet optiset komponentit - Erbium-seostettu kuituvahvistin (EDFA)

Monet kuituoptiset sovellukset, kuten kaukoliikenteen DWDM-järjestelmät, vaativat optisen signaalin vahvistusta. Aikaisemmin tämä merkitsi kalliiden elektronisten toistimien käyttöä välipisteissä 100 km: n välein. Nykyaikaiset modernit kaukoliikenteen DWDM-järjestelmät käyttävät useita edistyneitä optisia komponentteja korvataksesi useita toistimia yhdellä optisella laitteella. Näitä optisia laitteita, joita kutsutaan optisiksi vahvistimiksi, kun ne olivat vain laboratorion uteliaisuuksia, nähdään nyt laajalle levinneenä kentän käyttöönotossa. Yksi yleisimmistä optisista vahvistimista on Erbium-seostettu kuituvahvistin (EDFA).

Tutkijat kehittivät EDFA: n korvatakseen lukuisat elektroniset toistimet vähemmän optisilla toistimilla, mikä vähentää yleisesti järjestelmän kustannuksia ja monimutkaisuutta. EDFA: t mahdollistavat myös yksinkertaisen järjestelmäpäivityksen lisäämällä lisälähteitä eri aallonpituuksille ja yhdistämällä ne yhdeksi kuiduksi DWDM-multiplekserin avulla.

EDFA: ssa käytetty kuitu on seostettu erbiumilla, joka on harvinainen maametallielementti, jonka atomirakenteessa on asianmukaiset energiatasot valon vahvistamiseksi 1550 nm: ssä. 980 nm: n tai 1480 nm: n ”pumppu” laser injektoi energiaa erbiumilla seostettuun kuituun. Kun heikko signaali aallonpituudella 1550 nm tulee kuituun, valo stimuloi erbiumiatomeja vapauttamaan varastoituneen energiansa 1550 nm lisävalona. Tämä prosessi jatkuu, kun signaali kulkee kuidun läpi, kasvaa yhä vahvemmaksi, kunnes se saavuttaa erbiumilla seostetun alueen.

Oheinen kuva näyttää kaksivaiheisen EDFA: n, jossa on keskivaiheinen acessi, tärkeä elementti erittäin korkean suorituskyvyn kuituoptisissa järjestelmissä. Tässä tapauksessa kaksi yksinkertaista yksivaiheista EDFA: ta pakataan yhdessä. Käyttäjä vastaanottaa ensimmäisen vaiheen EDFA: n lähdön ja toisen vaiheen EDFA: n tulon. Nämä järjestelmät vaativat usein lisäelementtien, kuten hajoamista kompensoivan kuidun (DCF), ajoittain käytön yleisen leviämisen vähentämiseksi. Korkea insertiohäviö, 10 dB tai enemmän, tekee DCF: stä ongelmallisen. DCF: n sijoittaminen kaksivaiheisen EDFA: n keskivaiheiseen tukiasemaan vähentää haitallisia vaikutuksia järjestelmään. Käyttäjä tajuaa silti merkittävän voiton EDFA: n kautta, jopa lisäämällä DCF: n korkea optinen häviö.

Kuviossa optinen tulo kulkee ensin optisen erottimen # 1 läpi, joka onlu sallii valon kulkea vasemmalta oikealle. Seuraavaksi valo kulkee WDM # 1: n läpi. WDM # 1 tarjoaa välineen injektoida 980 nm: n pumpun aallonpituus erbiumilla seostetun kuidun ensimmäiseen pituuteen. WDM # 1 sallii myös optisen tulosignaalin kytkemisen erbium-seostettuun kuituun pienellä optisella häviöllä.

980 nm: n energia pumppaa erbiumiatomit hitaasti hajoavaan, kiihtyneeseen tilaan. Kun valo 1550 nm: n kaistalla kulkee erbiumilla seostetun kuidun läpi, joka on yleensä kymmeniä metrejä, se aiheuttaa säteilyn stimuloidun säteilyn, aivan kuten laser. Tällä tavalla 1550 nm: n optinen tulosignaali kasvaa. Erbiumilla seostetun kuidun lähtö menee sitten optisen erottimen # 2 läpi, joka tulee käyttäjän saataville. Tyypillisesti keskivaiheinen pääsypiste kytkeytyy jonkinlaiseen dispersionkompensointilaitteeseen. Valo kulkee sitten erottimen # 3 ja WDM # 2: n läpi. WDM # 2 kytkee 1480 nm: n energian toisesta pumpunlaserista erbiumilla seostetun kuidun toisen pituuden toiseen päähän lisäämällä vahvistusta ja lähtötehoa. Lopulta valo kulkee erottimen # 4 läpi.

EDFA: t välttävät aktiivisimpia komponentteja, koska fotonit vahvistavat signaalia. EDFA tarjoaa suuren lähtötehon, joka vaatii vähemmän vahvistimia annetussa järjestelmäsuunnittelussa. Tyypillisimmät EDFA-suunnitteluvahvistimet valaisevat melko kapealla alueella: 12 nm. Vahvistuskorjaussuodattimien lisääminen voi nostaa kaistan yli 25 nm: iin. Muut eksoottiset seostetut kuidut lisäävät monistuskaistan 40 nm: iin tai enemmän. Lisäksi tiedonsiirtonopeuden riippumattomuus EDFA: issa tarkoittaa, että järjestelmän päivitys vaatii vain käynnistys- ja vastaanottopäätteiden muuttamisen.

EDFA: n luotettava suorituskyky tekee siitä hyödyllisen kaukoliikenteen, korkean tiedonsiirtonopeuden kuituoptisissa viestintäjärjestelmissä ja CATV-jakelujärjestelmissä. CATV-sovelluksissa EDFA: t lisäävät signaalia ennen optista jakajaa ja sen jälkeen vahvistaakseen jaetun signaalin lähetettäväksi useiden kuitujen yli. Katso CATV-vahvistimen tuotetiedot täältä. Optisilla vahvistimilla on yleensä neljä pääsovellusta: tehovahvistin / vahvistin, linjavahvistin, esivahvistin tai optisten verkkojen häviökompensointi.