EDFAの原理と応用

EDFA (エルビウムドープファイバ増幅器) は、主に結合損失が低いことと、半導体ベースの増幅器に勝るその他の利点により、これまで長距離光ファイバ通信で広く使用されている最も重要なファイバ増幅器です。 EDFA は、通信ファイバーの損失が最小となる 1.5μm 波長領域の光を効率的に増幅できます。 EDFA はどのように機能し、主にどのような用途に使用されますか? このチュートリアルは、EDFA の原理とアプリケーションを説明することを目的としています。

 

原則

 

EDFA の核となるのはエルビウムをドープした光ファイバーです。 コアに希土類元素エルビウムイオンEr3+をドープした光ファイバです。 エルビウムに適切な波長 (980 nm または 1480 nm) の光エネルギーを照射すると、エルビウムは長寿命の中間状態に励起され (図 1 を参照)、その後 1525 秒以内に光を放出して基底状態に戻ります。 1565nmバンド。 たとえば信号チャネルが EDF を通過することにより、光エネルギーが 1525 ～ 1565nm 帯域内にすでに存在する場合、これにより減衰プロセス (いわゆる誘導放出) が刺激され、追加の光エネルギーが発生します。 したがって、ポンプ波長と信号波長が EDF を同時に伝播している場合、エルビウムを介してポンプ波長から信号波長へエネルギー移動が発生し、信号が増幅されます。

EDFA の原則

図 1: EDF を使用したエルビウムのエネルギー準位。 エルビウムは、準安定状態に急速に減衰する前に不安定な短い寿命状態を通過する場合、980nmの光で励起するか、準安定状態に直接励起する場合、1480nmの光で励起することができます。 準安定状態になると、1525 ～ 1565nm 帯域の光を放射して基底状態に崩壊します。 この減衰プロセスは既存の光によって刺激される可能性があり、その結果増幅が生じます。

 

アプリケーション

 

EDFA は、光ファイバー通信システムにおいてさまざまな機能を提供できます。 最も重要なアプリケーションは次のようになります。

データ送信機の出力は、長いファイバ スパンに入る前に、または光ファイバ スプリッタなどの大きな損失を伴うデバイスに入る前に、高出力 EDFA で増強される場合があります。 このようなスプリッターは広く使用されています。 CATV (ケーブル TV) システムでは、単一の送信機を使用して信号を多数のファイバーに配信します。

到着信号が弱い場合は、データ受信機の前でファイバー増幅器を使用することもできます。 アンプのノイズが発生するにもかかわらず、アンプのノイズは受信機の入力ノイズよりも弱い可能性があるため、信号対ノイズ比が向上し、可能なデータ送信速度が向上します。 ただし、信号増幅機能が組み込まれたアバランシェ フォトダイオードを使用する方が一般的です。

インライン EDFA は、パッシブ伝送ファイバーの長いスパン間で使用されます。 長い光ファイバーリンクで複数の増幅器を使用すると、信号対雑音比を損なうほど光パワーを低くしすぎることなく、また他のリンクで過度の光パワーを送信することなく、大きな伝送損失を補償できるという利点があります。 避けられないファイバーの非線形性により、有害な非線形効果が生じる可能性があります。 これらのインライン EDFA の多くは、困難な条件下でも動作します。 メンテナンスがほとんど不可能な海底。

データ送信機は通常、エルビウムをドープしたデバイスをベースにしていませんが、EDFA は送信ハードウェアをテストするための機器の一部であることがよくあります。 これらは光信号処理のコンテキストでも使用されます。

EDFA は通信 C 帯域および L 帯域で実現できます。 したがって、EDFA は、さまざまな光減衰を補償するために WDM システムで非常に便利に使用されます。 EDFA の特別な魅力は、その広い利得帯域幅です。通常、その利得帯域幅は数十ナノメートルであり、利得狭窄の影響をまったく引き起こすことなく最高のデータ レートでデータ チャネルを増幅するには実際に十分以上です。 単一の EDFA を使用して、利得領域内の異なる波長で多くのデータ チャネルを同時に増幅できます。この技術は波長分割多重 (WDM) と呼ばれます。 このようなファイバ増幅器が利用可能になる前は、すべてのチャネルを増幅する実用的な方法はありませんでした。 光ファイバーリンクの長いファイバースパン間では、すべてのデータチャネルを分離し、それらを電子的に検出して増幅し、光学的に再送信して、再度結合する必要がありました。 このように、ファイバー増幅器の導入により、複雑さが大幅に軽減され、それに対応して信頼性も向上しました。 冗長で定格の低いポンプ ダイオードを使用することにより、非常に長い寿命が可能になります。

これまでのところ、1.5 μm 領域における EDFA の唯一の競合相手は、より高出力のポンプ レーザーの開発から利益を得ているラマン増幅器です。 ラマン増幅は伝送ファイバー内でも行うことができます。 それにもかかわらず、EDFA は依然として非常に支配的です。

さまざまな用途に応えるファイバーマートのEDFAソリューション

 

Fiber-Mart は、DWDM (高密度波長分割多重) システム用の DWDM EDFA、CATV アプリケーション用の CATV EDFA、SDH (同期デジタル階層) ネットワーク用の SDH EDFA など、一連の EDFA 光アンプを提供しています。 さらに、中間段アクセスを備えた DCM EDFA や EYDFA などのハイパワーアンプも提供できます。

CATV 用 EDFA アプリケーション:

DWDM アプリケーション用の EDFA

SDH アプリケーション用 EDFA

中間段階アクセス アプリケーションを備えた DCM EDFA

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