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意味
エルビウム添加光ファイバ増幅器（EDFA）は、英国サウサンプトン大学と日本東北大学によって発明された世界初の光増幅器であり、光通信における偉大な発明の一つです。エルビウム添加光ファイバには、微量の希土類元素であるエルビウム（Er）イオンが添加されています。これがEDFAの中核を成しています。1980年代後半から、EDFAの研究は継続的に大きな進歩を遂げてきました。WDM技術によって光通信容量が大幅に増加したため、EDFAは光ファイバ通信において最も広く利用されている光増幅器となりました。
原理
EDFAは、エルビウム添加光ファイバ（約10～30m）と励起光源で構成されています。励起光源（波長980nmまたは1480nm）の作用下でエルビウム添加光ファイバが誘導放出され、入力光信号の変化に応じて光の放射が変化します。これは、入力光信号の増幅に相当します。研究によると、エルビウム添加光ファイバ増幅器は通常15～40dBの利得が得られ、中継距離を元の100km以上に延長できます。では、なぜ科学者はエルビウム添加光ファイバ素子を用いて光強度を高めたのでしょうか？エルビウムは希土類元素の一種であり、希土類元素には特殊な構造的特徴があることは周知の事実です。長年にわたり、人々は光学素子に希土類元素をドープして光学系の性能を向上させてきましたが、これは偶然の要因ではありません。さらに、なぜ励起光源の波長は980nmと1480nmの2つから選ばれるのでしょうか？実際には、励起光源の波長は520nm、650nm、980nm、1480nmのいずれかを選択できます。しかし、実践では1480nm波長の励起光源のレーザー効率が最も高く、次いで980nm波長であることが証明されています。
利点
EDFA の主な利点は、高ゲイン、広い帯域幅、高出力、高ポンピング効率、低挿入損失、偏光状態の影響を受けないことです。
- 増幅領域はシングルモード光ファイバー の最小損失領域と一致するため、光信号の伝送損失が低減され、比較的長距離の伝送が可能になります。
- デジタル信号の形式とデータ レートに対して透過的です。
- 増幅帯域幅が非常に広いため、同じファイバーで数十または数百のチャネルを送信できます。
- 量子限界に近い低いノイズ指数を備えているため、複数の増幅器をカスケード接続できます。
- ゲイン飽和回復時間は長く、各チャネル間のクロストークは非常に小さくなります。
アプリケーション
EDFA を従来の光デジタル通信システムアプリケーションで使用すると、多くの光中継器を節約でき、距離中継も大幅に増加できるため、長距離光ファイバーケーブルトランクシステムにとって大きな意義があります。
主な用途は次のとおりです。
- 光距離増幅器として使用できます。従来の電子式光ファイバ中継器には多くの制約がありました。例えば、デジタル信号とアナログ信号の変換には中継器もそれに応じて変更する必要があり、低速から高速への機器変更に伴い中継器も変更する必要がありました。また、同じ波長の光信号しか伝送できず、構造が複雑で高価であるなど、様々な制約がありました。エルビウム添加光ファイバ増幅器はこれらの欠点を克服し、信号伝送方式の変更や機器の拡張、光波長分割多重化の際にも交換の必要がありません。
- 送信増幅器と光受信増幅器に使用できます。光送信増幅器の後部では、レーザーの送信パワーが0dBから+10 dbに増加します。光受信増幅器では、感度も大幅に向上します。そのため、1〜2本のエルビウム添加増幅器を接続するだけで、信号伝送距離を100〜200kmに延長できます。さらに、エルビウム添加光ファイバ増幅器の解決すべき問題は、エルビウム添加光ファイバ増幅器の独自の利点が世界に認められ、より広く使用されるようになりました。ただし、エルビウム添加光ファイバ増幅器にもいくつかの制限があります。たとえば、長距離通信ではチャネルをドロップできず、各ステーションの業務連絡がより困難になり、障害を見つけるのが容易ではなく、ポンピング光源の寿命が長くありません。光ファイバ通信技術が進歩するにつれて、これらの問題は満足のいくように解決されます。
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