Napredne optične komponente - ojačevalnik vlaken z dopustom iz erbija (EDFA)
Veliko aplikacij z optičnimi vlakni, kot so DWDM sistemi na dolge razdalje, zahtevajo ojačanje optičnega signala. V preteklosti je to pomenilo uporabo dragih elektronskih repetitorjev na vmesnih točkah vsakih 100 km. Današnji sodobni DWDM sistemi uporabljajo več naprednih optičnih komponent za zamenjavo več ponovitev z eno optično napravo. Te optične naprave, ki se imenujejo optični ojačevalniki , ko so le laboratorijske zanimivosti, zdaj vidijo široko uporabo pri uvajanju na terenu. Eden najpogostejših optičnih ojačevalnikov je ojačevalnik vlaken z dopustom iz erbija (EDFA).
Raziskovalci so razvili EDFA, da bi nadomestili številne elektronske repetitorje z manj optičnimi repetitorji, kar je zmanjšalo stroške in kompleksnost sistema. EDFA omogočajo tudi preproste nadgradnje sistema z dodajanjem dodatnih virov različnim valovnim dolžinam in njihovo združevanje na eno vlakno z uporabo multipleksorja DWDM .
Vlakno, ki se uporablja v EDFA, je dopirano z erbijem, redkim zemeljskim elementom, ki ima ustrezno raven energije v svoji atomski strukturi, da ojača svetlobo pri 1550 nm. 980 nm ali 1480 nm »črpalni« laser vbrizga energijo v vlakna, dopirana z erbijem. Ko v vlakno vstopi šibek signal pri 1550 nm, svetloba stimulira atome erbija, da sprostijo svojo shranjeno energijo kot dodatno 1550 nm svetlobo. Ta proces se nadaljuje, ko signal preide navzdol po vlaknu, raste močnejši in močnejši, dokler ne doseže regije, dopirane z erbijem.
Spodnja slika prikazuje dvostopenjski EDFA s srednjo stopnjo dostopnosti, ki je pomemben element zelo zmogljivih optičnih sistemov. V tem primeru sta pakirani skupaj eni dve preprosti enofazni EDFA. Uporabnik sprejme izhod prve faze EDFA in vhod druge stopnje EDFA. Ti sistemi pogosto zahtevajo redno uporabo dodatnih elementov, kot je Disperzijsko kompenzacijsko vlakno (DCF), da se zmanjša celotna disperzija. Visoka izguba vstavljanja 10 dB ali več naredi DCF problematično. Namestitev DCF na vstopni točki srednje stopnje v dvostopenjskem EDFA zmanjšuje škodljive učinke na sistem. Uporabnik še vedno uresničuje pomemben dobiček skozi EDFA, tudi z dodatnim delom DCF z visoko optično izgubo.
Na sliki je optični vhod najprej skozi optični izolator # 1, ki omogoča, da svetloba preide iz leve proti desni. Sledi svetloba skozi WDM # 1. WDM # 1 zagotavlja sredstvo za vbrizganje valovne dolžine črpalke 980 nm v prvo dolžino vlaken, dopiranih z erbijem. WDM # 1 prav tako omogoča spajanje optičnega vhodnega signala v erbij-dopirana vlakna z minimalno optično izgubo.
Energija 980 nm črpa atome erbija v počasi razpadajoče stanje. Ko svetloba v pasu 1550 nm potuje skozi vlakna, ki so dopirana z erbijem, ki je običajno dolgih deset metrov, povzroči stimulirano sevanje, podobno kot laser. Na ta način dobimo 1550 nm optični vhodni signal. Izhodna moč vlaken, dopiranih z erbijem, nato gre skozi optični izolator # 2, ki je na voljo uporabniku. Značilno je, da je dostopna točka srednje stopnje povezana z nekakšno napravo za kompenzacijo disperzije. Svetloba nato potuje skozi izolator # 3 in WDM # 2. WDM # 2 združi 1480 nm energijo iz drugega laserskega črpalke v drugi konec druge dolžine vlaken z dopustom z erbijem, kar poveča dobiček in izhodno moč. Nazadnje svetloba potuje skozi izolator # 4.
EDFA se izogibajo najbolj aktivnim komponentam, ker fotoni ojačajo signal. EDFA zagotavlja visoko izhodno moč, ki zahteva manj ojačevalnikov pri določeni zasnovi sistema. Najosnovnejši EDFA oblikovalni ojačevalniki svetijo v precej ozkem pasu: 12 nm. Dodatek filtrov za izravnavo ojačanja lahko poveča pas na več kot 25 nm. Druga eksotična dopirana vlakna povečajo pas pomnoževanja na 40 nm ali več. Poleg tega neodvisnost podatkovne hitrosti v EDFA pomeni, da je za nadgradnjo sistema potrebna sprememba samo terminalov za zagon in sprejem.
Zanesljivo delovanje EDFA je uporabno pri komunikacijskih sistemih z optičnimi vlakni na dolge razdalje, visokonapetostnih optičnih vlaknih in CATV sistemih. V CATV aplikacijah EDFAs povečajo signal pred in po optičnem razdelilniku, da ojača signal delitve za prenos preko več vlaken. Oglejte si podrobnosti izdelka o ojačevalniku CATV. Na splošno obstajajo štiri glavne aplikacije za optične ojačevalnike: ojačevalnik / ojačevalnik moči, in-line ojačevalnik, pred-ojačevalnik ali kompenzacija izgube za optična omrežja.