Napredne optične komponente - ojačevalnik z vlakni, ožičen z erbijem (EDFA)
Številne aplikacije z optičnimi vlakni, na primer daljinski DWDM sistemi, potrebujejo ojačanje optičnega signala. V preteklosti je to pomenilo uporabo dragih elektronskih repetitorjev na vmesnih točkah na vsakih 100 km. Današnji sodobni DWDM sistemi za daljše razdalje uporabljajo več naprednih optičnih komponent za zamenjavo več ponavljalcev z eno samo optično napravo. Te optične naprave, ki jih imenujemo optični ojačevalniki, nekoč le laboratorijske radovednosti, danes vidijo široko uporabo pri uporabi na terenu. Eden najpogostejših optičnih ojačevalnikov je ojačevalnik z vlakni, ki jih dozira Erbium (EDFA).
Raziskovalci so razvili EDFA za nadomestitev številnih elektronskih ponavljalnikov z manj optičnimi ponavljalci, kar na splošno zmanjšuje stroške in zapletenost sistema. EDFA omogočajo tudi enostavne nadgradnje sistema, tako da dodajo dodatne vire v različne valovne dolžine in jih združijo na enem vlaknu z uporabo DWDM multiplekserja.
Vlakna, ki se uporabljajo v EDFA, so prepojena z erbijem, redko zemeljskim elementom, ki ima v svoji atomski strukturi ustrezne ravni energije za ojačanje svetlobe pri 1550 nm. 980 nm ali 1480 nm "črpalka" laser vbrizga energijo v vlakna, napolnjena z erbijem. Ko šibek signal pri 1550 nm vstopi v vlakno, svetloba stimulira atome erbija, da sprostijo svojo shranjeno energijo kot dodatno 1550 nm svetlobe. Ta postopek se nadaljuje, ko signal prehaja skozi vlakno, ki postaja vse močnejši in močnejši, dokler ne doseže območja, ki je dozirano z erbijem.
Spodnja slika prikazuje dvostopenjsko EDFA z acesom v srednji stopnji, pomembnim elementom zelo zmogljivih optičnih sistemov. V tem primeru sta dva enostavna enostopenjska EDFA pakirana skupaj. Uporabnik prejme izhod EDFA prve stopnje in vhod EDFA druge stopnje. Ti sistemi pogosto zahtevajo občasno uporabo dodatnih elementov, kot so vlakna, ki kompenzirajo disperzijo (DCF), da se zmanjša celotna disperzija. Velika izguba vstavka 10 dB ali več naredi DCF problematičen. Postavitev DCF na srednjo stopnjo dostopne točke dvostopenjske EDFA zmanjša škodljive učinke na sistem. Uporabnik še vedno uresniči pomemben dobiček s pomočjo EDFA, tudi z dodatkom optične izgube DCF.
Na sliki optični vhod najprej prehaja skozi optični izolator # 1, ki onlu omogoča, da svetloba prehaja od leve proti desni. Nato luč preide skozi WDM # 1. WDM # 1 zagotavlja način vbrizga valovne dolžine črpalke 980 nm v prvo dolžino vlaken, ki jih dozirajo erbiji. WDM # 1 omogoča tudi spajanje optičnega vhodnega signala v vlago, ki je dozirano z erbijem, z minimalnimi optičnimi izgubami.
Energija 980 nm črpa atome erbija v počasi razpadajoče, vznemirjeno stanje. Ko svetloba v pasu 1550 nm potuje skozi vlakno, napolnjeno z erbijem, ki je običajno dolg več deset metrov, povzroči spodbudo emisije sevanja, podobno kot laser. Na ta način 1550 nm optični vhodni signal pridobi moč. Izhod iz vlaken, doziranih z erbijem, nato preide skozi optični izolator # 2, ki postane uporabniku na voljo. Običajno se točka dostopa na sredini stopnje poveže z nekakšno napravo za kompenzacijo disperzije. Nato luč potuje skozi izolator # 3 in WDM # 2. WDM # 2 združuje 1480 nm energije iz drugega črpalnega laserja na drugi konec druge dolžine vlaken, doziranih z erbijem, kar povečuje dobiček in izhodno moč. Končno svetloba potuje skozi izolator # 4.
EDFA se izogibajo večini aktivnih komponent, ker fotoni ojačajo signal. EDFA zagotavlja veliko izhodno moč, ki zahteva manj ojačevalnikov v dani sistemski zasnovi. Najosnovnejši oblikovalski ojačevalniki EDFA zasvetijo v dokaj ozkem pasu: 12 nm. Dodajanje filtrov za izravnavo dobička lahko poveča pas do več kot 25 nm. Druga eksotična dopirana vlakna povečajo ojačevalni pas na 40 nm ali več. Poleg tega neodvisnost hitrosti prenosa podatkov v EDFA pomeni, da posodobitev sistema zahteva spremembo samo terminalov za zagon in sprejem.
Zanesljive zmogljivosti EDFA so uporabne v optičnih komunikacijskih sistemih z visoko hitrostjo prenosa podatkov in sistemih dobave CATV. V CATV aplikacijah EDFA ojačajo signal pred in po optičnem cepilniku, da ojačajo split signal za prenos na več vlaken. Oglejte si podrobnosti o izdelku o ojačevalniku CATV tukaj. Na splošno obstajajo štiri glavne aplikacije za optične ojačevalnike: ojačevalnik / ojačevalnik moči, linijski ojačevalnik, predojačevalnik ali kompenzacija izgube optičnih omrežij.