Advanced Optical Components - Erbium-seostettu kuituvahvistin (EDFA)
Monet kuituoptiset sovellukset, kuten pitkän matkan DWDM-järjestelmät, vaativat optisen signaalin vahvistamista. Aikaisemmin tämä aiheutti kalliiden elektronisten toistimien käyttämisen välipisteissä 100 km: n välein. Nykypäivän nykyaikaiset pitkän matkan DWDM-järjestelmät käyttävät useita kehittyneitä optisia komponentteja korvaamaan useita toistimia yhdellä optisella laitteella. Nämä optiset laitteet, joita kutsutaan optisiksi vahvistimiksi , ovat vain laboratoriokäyttäytymisiä. Yksi yleisimmistä optisista vahvistimista on Erbium-seostettu kuituvahvistin (EDFA).
Tutkijat kehittivät EDFA : n korvaamaan useita elektronisia toistimia, joissa on vähemmän optisia toistimia, mikä vähentää järjestelmän kustannuksia ja monimutkaisuutta. EDFAs sallii myös yksinkertaiset järjestelmäpäivitykset lisäämällä muita lähteitä eri aallonpituuksiin ja yhdistämällä ne yhteen kuituun DWDM-multiplekserin avulla .
EDFA: ssa käytetty kuitu seostetaan erbiumilla, harvinaisten maametallien elementillä, jolla on sopivat energiamäärät atomirakenteessaan valon vahvistamiseksi 1550 nm: ssä. 980 nm: n tai 1480 nm: n "pumpun" laser syöttää energiaa erbium-seostettuun kuituun. Kun heikko signaali 1550 nm: ssä tulee kuituun, valo stimuloi erbium-atomeja vapauttamaan tallennetun energiansa 1550 nm: n lisänä valona. Tämä prosessi jatkuu, kun signaali kulkee kuitua alaspäin ja kasvaa vahvemmaksi ja vahvemmaksi, kunnes se saavuttaa erbium-seostetun alueen.
Alla olevassa kuvassa on kaksivaiheinen EDFA, jossa on keskivaiheinen acess, joka on tärkeä osa erittäin suorituskykyisiä kuituoptisia järjestelmiä. Tässä tapauksessa kaksi yksinkertaista yksivaiheista EDFA: ta pakataan yhteen. Käyttäjä saa ensimmäisen vaiheen EDFA lähdön ja toisen vaiheen EDFA tulon. Nämä järjestelmät vaativat usein lisäelementtien, kuten dispersiokompensoivan kuidun (DCF) säännöllistä käyttöä yleisen dispersion vähentämiseksi. Korkea 10 dB: n tai enemmän tunkeutumishäviö tekee DCF: stä ongelmallisen. DCF: n asettaminen kaksivaiheisen EDFA: n keskivaiheen tukiasemaan vähentää haitallisia vaikutuksia järjestelmään. Käyttäjä ymmärtää edelleen huomattavan voiton EDFA: n kautta, jopa DCF: n korkean optisen häviöyksikön kanssa.
Kuvassa optinen tulo kulkee ensin optisen eristimen # 1 läpi, joka onlun avulla valo kulkee vasemmalta oikealle. Seuraavaksi valo kulkee WDM # 1: n läpi. WDM # 1 tarjoaa keinon ruiskuttaa 980 nm: n pumpun aallonpituus erbium-seostetun kuidun ensimmäiseen pituuteen. WDM # 1 sallii myös optisen tulosignaalin kytkemisen erbium-seostettuun kuituun, jolla on minimaalinen optinen häviö.
980 nm: n energia pumppaa erbium-atomeja hitaasti hajoavaan, viritettyyn tilaan. Kun valo 1550 nm: n kaistalla kulkee erbium-seostetun kuidun läpi, joka on tavallisesti kymmeniä metriä pitkä, se saa aikaan stimuloidun säteilyn päästön, kuten laser. Tällä tavalla 1550 nm: n optinen tulosignaali saa voimaa. Erbium-seostetun kuidun ulostulo kulkee sitten optisen eristimen # 2 läpi, joka on käyttäjän käytettävissä. Tyypillisesti keskivaiheen acess-piste yhdistää jonkinlaisen dispersiokompensointilaitteen. Sitten valo kulkee eristimen # 3 ja WDM # 2: n läpi. WDM # 2 yhdistää 1480 nm: n energian toisen pumpun laserista toiseen pituiseen erbium-seostetun kuidun päähän, lisäämällä vahvistusta ja lähtötehoa. Lopuksi valo kulkee eristimen # 4 kautta.
EDFA: t välttävät eniten aktiivisia komponentteja, koska fotonit vahvistavat signaalia. EDFA tarjoaa suuren lähtötehon, joka vaatii vähemmän vahvistimia tietyssä järjestelmäsuunnittelussa. Tärkeimmät EDFA-suunnitteluvahvistimet valoavat melko kapealla kaistalla: 12 nm. Vahvistuksen tasaussuodattimien lisääminen voi lisätä kaistan yli 25 nm: iin. Muut eksoottiset seostetut kuidut lisäävät vahvistusvyöhykettä 40 nm: iin tai enemmän. Lisäksi datanopeuden riippumattomuus EDFA-laitteissa tarkoittaa, että järjestelmän päivitys vaatii vain käynnistys- ja vastaanottopäätteiden muuttamista.
EDFA: n luotettava suorituskyky tekee siitä hyödyllisen kaukoliikenteessä, korkean datanopeuden omaavissa kuituoptisten viestintäjärjestelmien ja CATV-tiedonsiirtojärjestelmissä. CATV-sovelluksissa EDFA: t lisäävät signaalia ennen optista jakoa ja sen jälkeen vahvistamaan jaetun signaalin lähetettäväksi useiden kuitujen yli. Katso CATV-vahvistimen tuotetietoja tästä. Yleensä optisia vahvistimia varten on olemassa neljä suurta sovellusta: tehovahvistin / tehostin, linja-vahvistin, esivahvistin tai häviökompensaatiot optisia verkkoja varten.