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Les amplificateurs optiques sont des éléments essentiels de la transmission de données longue distance. Leur principale caractéristique est leur capacité à amplifier directement le signal optique, sans conversion préalable en signal électrique. L'EDFA (amplificateur à fibre dopée à l'erbium) est un exemple parmi d'autres d'amplificateurs optiques permettant l'amplification du signal pour les communications optiques longue distance.
Principes de base des amplificateurs optiques
Lors de la transmission sur de longues distances, le signal optique doit être amplifié à plusieurs reprises en raison des pertes dues à l'atténuation de la fibre, aux pertes de connexion, aux pertes d'épissure, etc. Avant l'invention de l'amplificateur optique, le signal optique devait d'abord être converti en signal électrique, amplifié, puis reconverti en signal optique. Ce processus était très complexe et coûteux. L'invention de l'amplificateur optique, capable d'amplifier directement les signaux, a permis de réduire considérablement les coûts et a engendré une véritable révolution dans le domaine de la fibre optique. Il existe trois types d'amplificateurs à fibre optique : l'EDFA (amplificateur à fibre dopée à l'erbium), l'amplificateur Raman et l'amplificateur optique à semi-conducteurs (SOA).
Qu'est-ce qu'un amplificateur EDFA ?
L'EDFA ( amplificateur à fibre dopée à l'erbium ) est l'amplificateur optique le plus répandu dans les systèmes WDM. Il utilise la fibre dopée à l'erbium comme milieu d'amplification optique pour amplifier directement les signaux. Ce milieu amplificateur est une fibre optique en verre dopée aux ions erbium. La fibre dopée à l'erbium amplifie la lumière aux longueurs d'onde proches de 1550 nm, longueurs d'onde optiques où l'atténuation est minimale dans les fibres optiques. L'EDFA fonctionne de manière optimale dans la gamme de 1530 à 1565 nm. Grâce à son faible bruit et à sa capacité à amplifier simultanément de nombreuses longueurs d'onde, il est l'amplificateur à fibre de choix pour la plupart des applications en communications optiques.
Trois types d'amplificateurs EDFA pour la connectivité DWDM
Selon leurs fonctions, les EDFA peuvent être divisés en trois types : amplificateur booster, amplificateur en ligne et préamplificateur.
Amplificateur de puissance
Un amplificateur de puissance fonctionne côté émission de la liaison. Il est conçu pour amplifier les signaux sortant de l'émetteur au niveau requis pour leur injection dans la liaison fibre optique. Il n'est pas toujours nécessaire pour les liaisons monocanal, mais constitue un élément essentiel des liaisons DWDM où le multiplexeur atténue les signaux. Il présente une puissance d'entrée et de sortie élevées, ainsi qu'un gain optique moyen. Parmi les modèles courants, on trouve l'amplificateur EDFA 20 dBm, 40 canaux, bande C, gain de 26 dB, l'amplificateur EDFA 16 dBm, 40 canaux, bande C, gain de 14 dB, etc.
Amplificateur en ligne
Un amplificateur en ligne est généralement placé à des points intermédiaires de la liaison de transmission d'une liaison DWDM afin de compenser les pertes de transmission par fibre optique et autres pertes de distribution. Cet amplificateur est conçu pour amplifier le signal optique entre deux nœuds du réseau sur la liaison optique principale. Les amplificateurs en ligne sont placés tous les 80 à 100 km pour garantir que le niveau du signal optique reste supérieur au bruit de fond. Il se caractérise par une puissance d'entrée faible à moyenne, une puissance de sortie élevée, un gain optique important et un faible facteur de bruit.
Préamplificateur
Un préamplificateur est installé à l'extrémité réceptrice d'une liaison DWDM. Il compense les pertes dues au démultiplexeur situé près du récepteur optique. Placé en amont du récepteur, il amplifie le signal avant la photodétection dans un système longue distance, améliorant ainsi la sensibilité de réception. Il présente une faible puissance d'entrée, une puissance de sortie moyenne et un gain moyen.
Comment fonctionne l'EDFA ?
Un EDFA se compose essentiellement d'une fibre dopée à l'erbium (EDF), d'un laser de pompe et d'un coupleur WDM. Ce dernier combine les longueurs d'onde du signal et de la pompe afin qu'elles se propagent simultanément dans l'EDF. L'image ci-dessous présente un schéma plus détaillé de l'EDFA.
Principe de fonctionnement de l'EDFA
Le signal optique, par exemple un signal à 1550 nm, entre dans un amplificateur EDFA. Ce signal est ensuite combiné à un laser de pompe à 980 nm grâce à un multiplexeur WDM. Le signal et le laser de pompe traversent une fibre dopée aux ions erbium. Le signal à 1550 nm est amplifié par interaction avec ces ions. Cette amplification permet d'obtenir un signal optique faible, augmentant ainsi sa puissance.
Pourquoi un amplificateur à fibre EDFA est-il essentiel pour un système DWDM ?
De nos jours, l'amplificateur optique EDFA s'impose comme une solution de choix pour l'amplification du signal dans les systèmes DWDM, grâce à son faible bruit et son insensibilité à la polarisation du signal. Par ailleurs, sa mise en œuvre est relativement plus simple et plus abordable que celle d'autres méthodes d'amplification.
Avantages
● Les EDFA ont un taux d'utilisation de la puissance de pompage élevé (>50%)
● Amplifier directement et simultanément une large bande de longueurs d'onde (>80 nm) dans la région des 1550 nm, avec un gain relativement plat.
● La planéité peut être améliorée par des filtres optiques d'aplanissement du gain.
● Gain supérieur à 50 dB.
● Faible niveau de bruit, adapté aux applications longue distance.
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