EDFA – Amplificateur à fibre dopée à l'erbium

Fibermart
Sunday 23 November 2014
42
0

Termes connexes

Amplificateurs optiques
Communications optiques
WDM – Multiplexage par répartition en longueur d'onde
Atténuateur optique
FTTx – Fibre jusqu'au x

Définition

L'amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA) est le premier amplificateur optique performant inventé par l'Université de Southampton (Royaume-Uni) et l'Université JP Tohoku. Il s'agit de l'une des plus grandes inventions de la communication optique. La fibre optique dopée à l'erbium intègre une faible quantité d'ion erbium (Er), une terre rare. Il constitue le cœur de l'EDFA. Depuis la fin des années 1980, la recherche sur l'EDFA n'a cessé de réaliser des avancées majeures. La technologie WDM augmentant considérablement la capacité des communications optiques, elle devient l'amplificateur optique le plus utilisé dans les communications par fibre optique.

Principe

L'EDFA est constitué d'une fibre dopée à l'erbium d'une longueur d'onde d'environ 10 à 30 m et d'une source lumineuse de pompage. L'émission stimulée de la fibre dopée à l'erbium, sous l'action de la source lumineuse de pompage (longueur d'onde de 980 nm ou 1480 nm), et le rayonnement lumineux varient en fonction du signal optique d'entrée, ce qui équivaut à l'amplification du signal optique d'entrée. Des études ont montré que les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium offrent généralement un gain de 15 à 40 dB et que la distance de transmission peut être augmentée de plus de 100 km par rapport à la distance d'origine. Alors, pourquoi les scientifiques ont-ils utilisé une fibre dopée à l'erbium pour augmenter l'intensité lumineuse ? L'erbium est une terre rare, dont la structure présente des caractéristiques particulières. Au fil des ans, le dopage des terres rares dans les dispositifs optiques a été utilisé pour améliorer leurs performances. Ce n'est donc pas un hasard. De plus, pourquoi choisir la longueur d'onde de la source lumineuse de pompage entre 980 nm et 1 480 nm ? En réalité, la longueur d'onde de la source lumineuse de pompage peut être de 520 nm, 650 nm, 980 nm ou 1 480 nm. Or, la pratique a démontré que l'efficacité laser d'une source lumineuse de pompage à 1 480 nm est la plus élevée, suivie par celle à 980 nm.

Avantages

Le principal avantage de l'EDFA est un gain élevé, une large bande passante, une puissance de sortie élevée, une efficacité de pompage élevée, une faible perte d'insertion et une insensibilité à l'état de polarisation.

Sa zone d'amplification coïncide avec la zone de perte minimale d'une fibre monomode, ce qui réduit la perte de transmission du signal lumineux, qui peut être transmis sur une distance relativement longue.
Il est transparent au format du signal numérique et au débit de données.
Sa bande passante d’amplification est si large que des dizaines voire des centaines de canaux peuvent être transmis dans la même fibre.
Il présente un faible facteur de bruit proche de la limite quantique, ce qui signifie que plusieurs amplificateurs peuvent être mis en cascade.
Son temps de récupération de saturation de gain est long et présente une très faible diaphonie entre les canaux respectifs.

Applications

Lorsque l'EDFA est utilisé dans les applications de systèmes de communication numérique optique conventionnels, nous pouvons économiser beaucoup de répéteurs optiques et le relais de distance peut également être augmenté de manière significative, ce qui est d'une grande importance pour les systèmes de canalisations de câbles à fibre optique longue distance.

Les principales applications comprennent :

Il peut être utilisé comme amplificateur de distance optique. Les répéteurs à fibre optique électroniques traditionnels présentent de nombreuses limitations. Par exemple, pour la conversion des signaux numériques et analogiques, le répéteur doit être adapté en conséquence ; il doit être adapté après le passage d'un débit faible à un débit élevé ; il ne transmet qu'une seule longueur d'onde du signal optique, et sa structure est complexe et coûteuse. L'amplificateur à fibre dopée à l'erbium permet de pallier ces inconvénients : non seulement il n'est pas nécessaire de l'adapter aux variations de signal, mais il n'est pas nécessaire de le remplacer pour l'extension de l'équipement ou le multiplexage en longueur d'onde optique.
Il peut être utilisé comme amplificateur d'émission et préamplificateur de réception optique. À l'arrière de l'amplificateur d'émission optique, la puissance d'émission du laser est augmentée de 0 dB à +10 dB. La sensibilité du préamplificateur de réception optique est également grandement améliorée. Ainsi, avec une seule ligne d'amplificateurs dopés à l'erbium, la distance de transmission du signal peut être portée à 100-200 km. De plus, les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium offrent des avantages uniques reconnus mondialement et sont en passe d'être largement utilisés. Cependant, ces amplificateurs présentent également certaines limites. Par exemple, les communications longue distance ne peuvent pas perdre de canal, les contacts entre stations sont plus difficiles à établir, les pannes sont difficiles à détecter et la durée de vie de la source lumineuse de pompage est courte. Grâce aux progrès constants de la technologie de communication par fibre optique, ces problèmes seront résolus.