Die Anwendung von EDFA

Optische Verstärker sind die entscheidende Technologie für optische Kommunikationsnetze. Sie ermöglichen die Übertragung von vielen Terabit Daten über Entfernungen von einigen hundert bis zu Tausenden von Kilometern, indem sie die Verluste durch Glasfaserkabel überwinden. Als erster in optischen Kommunikationssystemen eingesetzter optischer Verstärker hat der EDFA mit der Einführung von WDM-Systemen zu einem dramatischen Anstieg der Übertragungskapazität geführt. Dank ihrer hohen Ausgangsleistung, hohen Verstärkung, großen Bandbreite, Polarisationsunabhängigkeit und ihres geringen Rauschmaßes sind EDFAs zu einer der Schlüsselkomponenten optischer Kommunikationssysteme der neuen Generation geworden. Was ist also ein EDFA? Kennen Sie das Funktionsprinzip eines EDFA?

 

Ein Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA) ist ein optisches Repeater-Gerät, das die Intensität optischer Signale in einem Glasfaserkommunikationssystem verstärkt. Eine Glasfaser wird mit dem Seltenerdelement Erbium dotiert, sodass die Glasfaser Licht einer Frequenz absorbieren und einer anderen Frequenz emittieren kann.

 

Das Herzstück der EDFA-Technologie ist die Erbium-dotierte Faser (EDF). Dabei handelt es sich um eine herkömmliche, mit Erbium dotierte Quarzfaser. Wird Erbium mit Lichtenergie einer geeigneten Wellenlänge (980 nm oder 1480 nm) bestrahlt, wird es in einen langlebigen Zwischenzustand versetzt und zerfällt dann unter Emission von Licht im Bereich von 1525–1565 nm wieder in den Grundzustand. Erbium kann entweder mit 980-nm-Licht gepumpt werden, wobei es einen instabilen, kurzlebigen Zustand durchläuft, bevor es schnell in einen quasistabilen Zustand zerfällt, oder mit 1480-nm-Licht, wobei es direkt in den quasistabilen Zustand angeregt wird. Im quasistabilen Zustand zerfällt es unter Emission von Licht im Bereich von 1525–1565 nm in den Grundzustand. Dieser Zerfallsprozess kann durch bereits vorhandenes Licht stimuliert werden, was zu einer Verstärkung führt. Das Funktionsprinzip der EDFA ist in Abbildung 1 dargestellt.

 

Die EDFA-Konfiguration besteht im Wesentlichen aus einem EDF, einem Pumplaser und einer Komponente (oft als WDM bezeichnet) zur Kombination von Signal- und Pumpwellenlänge, sodass diese gleichzeitig durch den EDF laufen können. EDFAs können grundsätzlich so ausgelegt werden, dass sich die Pumpenergie in die gleiche Richtung wie das Signal (Vorwärtspumpen), in die entgegengesetzte Richtung (Rückwärtspumpen) oder in beide Richtungen gleichzeitig ausbreitet. Die Pumpenergie kann entweder 980 nm, 1480 nm oder eine Kombination aus beiden betragen. Die in der Praxis am häufigsten verwendete EDFA-Konfiguration ist die Vorwärtspumpenkonfiguration mit 980 nm Pumpenergie, wie in Abbildung 2 dargestellt.

 

Nachdem wir gelernt haben, was EDFA ist und wie EDFA funktioniert, besprechen wir als Nächstes die Anwendungsformen und Anwendungsfelder von EDFA.

 

Als Booster-Verstärker wird der EDFA am Ausgang eines optischen Senders eingesetzt, um die Ausgangsleistung des gemultiplexten Mehrwellenlängensignals zu verbessern (siehe Abbildung 3). Dadurch können optische Übertragungsdistanzen vergrößert werden. Diese Anwendung erfordert eine höhere Ausgangsleistung des EDFA .

 

EDFA hat folgende Anwendungsgebiete:

 

(1) EDFA kann in optischen Kommunikationssystemen mit hoher Kapazität und hoher Geschwindigkeit eingesetzt werden. Die Anwendung von EDFA ist sehr hilfreich bei der Lösung von Problemen wie geringer Empfindlichkeit der Empfänger und kurzen Übertragungsdistanzen aufgrund fehlender OEO-Repeater.

 

(2) EDFA kann in optischen Fernkommunikationssystemen eingesetzt werden. Durch den Einsatz von EDFA können die Baukosten drastisch gesenkt werden, indem der Abstand zwischen den Repeatern vergrößert und so die Anzahl der regenerativen Repeater reduziert wird. Optische Fernkommunikationssysteme umfassen hauptsächlich das optische Landübertragungssystem und das Glasfaserkabel-Übertragungssystem über See.

 

(3) EDFA kann im Teilnehmerzugangsnetzsystem mit Glasfaser verwendet werden. Bei zu langen Übertragungsdistanzen fungiert EDFA als Leitungsverstärker, um die Übertragungsverluste der Leitungen auszugleichen und so die Teilnehmerzahl deutlich zu erhöhen.

 

(4) EDFA kann in Wellenlängenmultiplexsystemen (WDM), insbesondere in dichten Wellenlängenmultiplexsystemen (DWDM), eingesetzt werden. Der Einsatz von EDFA in WDM-Systemen kann die Probleme der Einfügungsdämpfung lösen und die Einflüsse der chromatischen Dispersion reduzieren.

 

(5) EDFA kann in Gemeinschaftsantennenfernsehsystemen (CATV) eingesetzt werden. Dort fungiert EDFA als Booster-Verstärker und verbessert die Eingangsleistung eines optischen Senders deutlich. Der Einsatz von EDFA zur Kompensation der Einfügungsdämpfung optischer Leistungssplitter kann das Verteilnetz deutlich vergrößern und die Teilnehmerzahl erhöhen.