Fejlett optikai alkatrészek - Erbium-adalékolt rosterősítő (EDFA)
Sok száloptikai alkalmazás, mint például a hosszú távú DWDM rendszerek, megkövetelik az optikai jel erősítését. A múltban ez 100 kilométerenként köztes pontokon drága elektronikus ismétlők használatát eredményezte. A mai modern, hosszú távú DWDM rendszerek több fejlett optikai alkatrészt használnak, amelyek több ismétlőt egyetlen optikai eszközzel helyettesítenek. Ezek az optikai eszközök, amelyeket optikai erősítőknek neveznek, csak egyszeri laboratóriumi érdekességek, most már széles körben használják a terepi telepítésekben. Az egyik leggyakoribb optikai erősítő az Erbium-adalékolt rosterősítő (EDFA).
A kutatók az EDFA- t fejlesztették ki, hogy számos elektronikus ismétlőt cseréljenek kevesebb optikai átjátszóval, összességében csökkentve a rendszer költségeit és összetettségét. Az EDFA-k egyszerű rendszerfrissítéseket tesznek lehetővé további források hozzáadásával a különböző hullámhosszúságokhoz, és egy DWDM multiplexert használó egyetlen szálra.
Az EDFA-ban használt rostot erbiummal, egy ritkaföldfém-elemgel adjuk hozzá, amelynek atomstruktúrájában a megfelelő energiaszint 1550 nm-en erősíti a fényt. A 980 nm-es vagy 1480 nm-es „szivattyú” lézer az energiát az erbium-adalékolt rostba injektálja. Amikor egy gyenge jel 1550 nm-en lép be a szálba, a fény stimulálja az erbium atomokat, hogy a tárolt energiát további 1550 nm-es fényként szabadítsák fel. Ez a folyamat folytatódik, amikor a jel áthalad a roston, erősebbé és erősebbé válik, amíg el nem éri az erbium-dopolt régiót.
Az alábbi ábra egy kétlépcsős EDFA-t mutat be, középső fokozatú acesszel, amely a nagyon nagy teljesítményű száloptikai rendszerek fontos eleme. Ebben az esetben két egyszerű egylépcsős EDFA-t csomagolnak együtt. A felhasználó megkapja az EDFA első szakaszának kimenetét és az EDFA második szakaszának bemenetét. Ezek a rendszerek gyakran szükségessé teszik további elemek, például diszperziós kompenzáló szál (DCF) rendszeres használatát a teljes diszperzió csökkentése érdekében. A 10 dB vagy annál nagyobb beillesztési veszteség a DCF problémát okoz. A DCF elhelyezése a kétfokozatú EDFA középső hozzáférési pontján csökkenti a rendszerre gyakorolt káros hatásokat. A felhasználó továbbra is jelentős nyereséget ér el az EDFA-n keresztül, még a DCF nagy optikai vesztesége mellett is.
Az ábrán az optikai bemenet az 1. optikai leválasztón keresztül halad át, amely az onlu lehetővé teszi, hogy a fény a balról jobbra haladjon. Ezután a fény áthalad a WDM # 1-en. A WDM # 1 eszköze a 980 nm-es szivattyúhullámhossz bejuttatásának az erbium-adalékolt rost első hosszába. A WDM # 1 az optikai bemeneti jelet az optikai veszteséggel minimálisan az erbium-adalékolt szálra is kapcsolja.
A 980 nm-es energia az erbium-atomokat lassan lebomló, gerjesztett állapotba pumpálja. Amikor az 1550 nm-es sávban a fény az erbium-adalékolt roston áthalad, ami általában tíz méter hosszú, a lézerhez hasonlóan a sugárzás stimulált kibocsátását okozza. Ily módon az 1550 nm-es optikai bemeneti jel erősít. Az erbium-adalékolt szál kimenete ezután a # 2 optikai leválasztón megy keresztül, amely a felhasználó rendelkezésére áll. Jellemzően a középfokú acesszpont egy bizonyos diszperziós kompenzáló eszközhöz kapcsolódik. Ezután a fény a 3-as szigetelőn és a WDM # 2-en keresztül halad. A WDM # 2 1480 nm-es energiát párosít egy második szivattyú lézerből egy másik hosszúságú erbium-adalékolt szálból, ami növeli a nyereséget és a kimenő teljesítményt. Végül a fény a 4-es szigetelőn keresztül halad.
Az EDFA-k elkerülik a legtöbb aktív komponenst, mivel a fotonok erősítik a jelet. Az EDFA nagy kimeneti teljesítményt biztosít, kevesebb rendszererősítőt igényel egy adott rendszertervezésben. Az EDFA legelterjedtebb erősítői meglehetősen keskeny sávban világítanak: 12 nm. Az erősítési kiegyenlítő szűrők hozzáadása növelheti a sávot 25 nm-nél. Más egzotikus adalékolt szálak az erősítési sávot 40 nm-re vagy annál nagyobbra emelik. Továbbá, az adatátviteli sebesség függetlensége az EDFA-kban azt jelenti, hogy a rendszerfrissítés csak az indítási és fogadó terminálok módosítását igényli.
Az EDFA megbízható teljesítménye hosszú távú, nagy adatsebességű száloptikás kommunikációs rendszerekben és CATV-rendszerekben hasznos. A CATV alkalmazásokban az EDFAs növeli az optikai osztó előtti és utáni jelet, hogy az osztott jelet több szál fölé továbbítsa. Nézze meg a CATV erősítő termékinformációit itt. Általában négy fő alkalmazás létezik az optikai erősítőknél: teljesítményerősítő / erősítő, in-line erősítő, előerősítő vagy veszteség kompenzáció az optikai hálózatokhoz.