Principes et applications de l'EDFA

Fibermart
Thursday 02 July 2015
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L'EDFA (amplificateur à fibre dopée à l'erbium) est l'amplificateur à fibre le plus important et largement utilisé dans les communications par fibre optique longue distance, principalement en raison de sa faible perte de couplage et de ses autres avantages par rapport aux amplificateurs à semi-conducteurs. L'EDFA peut amplifier efficacement la lumière dans la gamme de longueurs d'onde de 1,5 μm, là où les fibres de télécommunications ont leur perte minimale. Comment fonctionne l'EDFA et quelles sont ses principales applications ? Ce tutoriel décrit les principes et les applications de l'EDFA.

Principes

Le cœur de l'EDFA est la fibre optique dopée à l'erbium. Son cœur est dopé avec des ions erbium, une terre rare, Er3+. Lorsque l'erbium est illuminé par une énergie lumineuse à une longueur d'onde appropriée (980 nm ou 1480 nm), il est excité jusqu'à un état intermédiaire à longue durée de vie (voir figure 1), après quoi il se désintègre et revient à l'état fondamental en émettant de la lumière dans la bande 1525-1565 nm. Si de l'énergie lumineuse existe déjà dans cette bande, par exemple en raison du passage d'un canal de signal dans l'EDF, le processus de désintégration (appelé émission stimulée) est stimulé, ce qui génère une énergie lumineuse supplémentaire. Ainsi, si une longueur d'onde de pompage et une longueur d'onde de signal se propagent simultanément dans l'EDF, un transfert d'énergie se produit via l'erbium de la longueur d'onde de pompage à la longueur d'onde de signal, ce qui entraîne une amplification du signal.

Principe EDFA

Figure 1 : Niveaux d'énergie de l'erbium avec l'EDF. L'erbium peut être pompé soit par la lumière à 980 nm, auquel cas il traverse un état instable à courte durée de vie avant de décroître rapidement vers un état quasi-stable, soit par la lumière à 1 480 nm, auquel cas il est directement excité vers l'état quasi-stable. Une fois dans cet état quasi-stable, il décroît vers l'état fondamental en émettant de la lumière dans la bande de 1 525 à 1 565 nm. Ce processus de désintégration peut être stimulé par la lumière préexistante, ce qui entraîne une amplification.

Applications

Les EDFA peuvent remplir diverses fonctions dans les systèmes de communication par fibre optique. Les applications les plus importantes sont les suivantes :

La puissance d'un émetteur de données peut être augmentée par un EDFA haute puissance avant d'entrer dans une longue portée de fibre, ou par un dispositif à fortes pertes, comme un répartiteur de fibre optique. Ces répartiteurs sont largement utilisés, par exemple dans les systèmes de télévision par câble (CATV), où un seul émetteur permet de transmettre les signaux à plusieurs fibres.

Un amplificateur à fibre optique peut également être utilisé devant un récepteur de données, si le signal entrant est faible. Malgré l'introduction de bruit d'amplification, cela peut améliorer le rapport signal/bruit et donc le débit de transmission des données, car le bruit de l'amplificateur peut être plus faible que celui d'entrée du récepteur. Il est cependant plus courant d'utiliser des photodiodes à avalanche, qui intègrent une amplification du signal.

Les amplificateurs EDFA en ligne sont utilisés entre de longues portées de fibre de transmission passive. L'utilisation de plusieurs amplificateurs sur une longue liaison à fibre optique présente l'avantage de compenser d'importantes pertes de transmission sans que la puissance optique ne chute à des niveaux trop bas, ce qui altérerait le rapport signal/bruit, et sans transmettre des puissances optiques excessives à d'autres emplacements, ce qui entraînerait des effets non linéaires néfastes dus aux inévitables non-linéarités de la fibre. Nombre de ces amplificateurs EDFA en ligne fonctionnent même dans des conditions difficiles, par exemple au fond de l'océan, où la maintenance serait difficilement réalisable.

Bien que les transmetteurs de données ne soient généralement pas basés sur des dispositifs dopés à l'erbium, les EDFA sont souvent intégrés aux équipements de test du matériel de transmission. Ils sont également utilisés dans le cadre du traitement du signal optique.

L'EDFA peut être utilisé dans les bandes C et L des télécommunications. Il est donc très pratique à utiliser dans les systèmes WDM pour compenser les différentes atténuations optiques. L'un des principaux atouts des EDFA réside dans leur large bande passante de gain, généralement de quelques dizaines de nanomètres, largement suffisante pour amplifier les canaux de données aux débits les plus élevés sans effet de rétrécissement de gain. Un seul EDFA peut être utilisé pour amplifier simultanément plusieurs canaux de données à différentes longueurs d'onde dans la zone de gain ; cette technique est appelée multiplexage en longueur d'onde (WDM). Avant l'apparition de ces amplificateurs à fibre, il n'existait aucune méthode pratique pour amplifier tous les canaux, par exemple entre les longues sections de fibre d'une liaison à fibre optique : il fallait séparer tous les canaux de données, les détecter et les amplifier électroniquement, puis les soumettre à nouveau optiquement et les combiner à nouveau. L'introduction des amplificateurs à fibre a ainsi considérablement réduit la complexité, tout en augmentant la fiabilité. Des durées de vie très longues sont possibles grâce à l'utilisation de diodes de pompage redondantes à puissance réduite.

Jusqu'à présent, les seuls concurrents des EDFA dans la région de 1,5 μm sont les amplificateurs Raman, qui bénéficient du développement de lasers de pompage de plus haute puissance. L'amplification Raman peut également être réalisée dans la fibre de transmission. Néanmoins, les EDFA restent très dominants.

Solutions EDFA de Fiber-Mart : pour répondre à diverses applications

Fiber-Mart propose une gamme d' amplificateurs optiques EDFA , notamment des amplificateurs DWDM pour les systèmes DWDM (multiplexage par répartition en longueur d'onde dense), des amplificateurs CATV pour les applications CATV et des amplificateurs SDH pour les réseaux SDH (hiérarchie numérique synchrone). Nous proposons également des amplificateurs DCM EDFA avec accès intermédiaire et des amplificateurs haute puissance tels que l'EYDFA.

EDFA pour application CATV :