Принципы и применение EDFA

EDFA (усилитель на волокне, легированном эрбием) — важнейший волоконный усилитель, широко используемый в оптоволоконной связи на больших расстояниях, прежде всего благодаря низким потерям на переходном процессе, а также другим преимуществам по сравнению с полупроводниковыми усилителями. EDFA способен эффективно усиливать свет в диапазоне длин волн 1,5 мкм, где потери в телекоммуникационных волокнах минимальны. Как работает EDFA и каковы основные области его применения? Цель данного руководства — описание принципов работы и применения EDFA.

Принципы

Сердцевиной EDFA является оптическое волокно, легированное эрбием. Это оптическое волокно, сердцевина которого легирована ионами редкоземельного элемента эрбия Er3+. При освещении эрбиевого волокна световой энергией с подходящей длиной волны (980 нм или 1480 нм) он возбуждается в промежуточное состояние с длительным временем жизни (см. Рисунок 1), после чего распадается обратно в основное состояние, испуская свет в диапазоне 1525–1565 нм. Если световая энергия уже присутствует в диапазоне 1525–1565 нм, например, благодаря прохождению сигнального канала через EDF, то это стимулирует процесс распада (так называемое вынужденное излучение), приводя к выделению дополнительной световой энергии. Таким образом, если через EDF одновременно распространяются волны накачки и сигнала, происходит перенос энергии через эрбий с длины волны накачки на длину волны сигнала, что приводит к усилению сигнала.

Рисунок 1: Энергетические уровни эрбия с EDF. Эрбий может накачиваться либо светом с длиной волны 980 нм, в этом случае он проходит через нестабильное состояние с коротким временем жизни, прежде чем быстро распасться до квазистабильного состояния, либо светом с длиной волны 1480 нм, в этом случае он непосредственно возбуждается в квазистабильное состояние. Оказавшись в квазистабильном состоянии, он распадается в основное состояние, испуская свет в диапазоне 1525–1565 нм. Этот процесс распада может быть стимулирован уже существующим светом, что приводит к усилению.

Приложения

EDFA могут выполнять различные функции в системах оптоволоконной связи. Наиболее важные области применения перечислены ниже:

Мощность передатчика данных может быть усилена с помощью мощного EDFA перед подключением к длинному оптическому волокну или устройству с большими потерями, например, оптоволоконному разветвителю. Такие разветвители широко используются, например, в системах кабельного телевидения (CATV), где один передатчик используется для передачи сигнала по нескольким волокнам.

Если входящий сигнал слаб, перед приёмником данных можно также использовать волоконный усилитель. Несмотря на внесение шума усилителя, это может улучшить отношение сигнал/шум и, следовательно, возможную скорость передачи данных, поскольку шум усилителя может быть слабее входного шума приёмника. Однако чаще используются лавинные фотодиоды, имеющие встроенное усиление сигнала.

Встраиваемые усилители EDFA используются между длинными участками пассивного оптоволоконного кабеля. Использование нескольких усилителей в длинном оптоволоконном канале имеет преимущество в том, что большие потери передачи можно компенсировать, не допуская падения оптической мощности до слишком низкого уровня, что привело бы к ухудшению отношения сигнал/шум, и не передавая избыточную оптическую мощность в других местах, что привело бы к негативным нелинейным эффектам из-за неизбежной нелинейности волокна. Многие из этих встраиваемых усилителей EDFA работают даже в сложных условиях, например, на дне океана, где обслуживание практически невозможно.

Хотя передатчики данных обычно не используют эрбиевые компоненты, EDFA часто входят в состав оборудования для тестирования передающего оборудования. Они также используются в контексте оптической обработки сигналов.

EDFA могут быть реализованы в телекоммуникационных C- и L-диапазонах. Таким образом, EDFA очень удобно использовать в системах WDM для компенсации различных оптических затуханий. Особое преимущество EDFA заключается в их широкой полосе пропускания, которая обычно составляет десятки нанометров и, следовательно, более чем достаточна для усиления каналов данных с самыми высокими скоростями передачи данных без каких-либо эффектов сужения усиления. Один EDFA может использоваться для одновременного усиления множества каналов данных на разных длинах волн в пределах диапазона усиления — этот метод называется мультиплексированием по длине волны (WDM). До появления таких волоконных усилителей не существовало практичного метода усиления всех каналов, например, между длинными участками волоконно-оптической линии: приходилось разделять все каналы данных, обнаруживать и усиливать их электронным способом, повторно передавать оптически и снова объединять. Таким образом, внедрение волоконных усилителей привело к значительному снижению сложности и соответствующему повышению надежности. Использование резервных диодов накачки с пониженным номиналом позволяет увеличить срок службы усилителей.

На сегодняшний день единственными конкурентами EDFA в области 1,5 мкм являются рамановские усилители, которые используют преимущества более мощных лазеров накачки. Рамановское усиление также может быть реализовано в передающем волокне. Тем не менее, EDFA остаются доминирующими.

Решения EDFA от Fiber-Mart: удовлетворяют различным требованиям

Компания Fiber-Mart предлагает серию оптических усилителей EDFA , включая DWDM EDFA для систем DWDM (плотное спектральное уплотнение), CATV EDFA для приложений кабельного телевидения, SDH EDFA для сетей SDH (синхронная цифровая иерархия). Кроме того, мы можем предложить DCM EDFA с доступом на среднем уровне и усилители высокой мощности, такие как EYDFA.

Применение EDFA для кабельного телевидения:

EDFA для применения DWDM

EDFA для применения SDH

DCM EDFA с приложением доступа на промежуточном этапе

Рекомендуемые продукты

Фильтр FTTX WDM Поставка Настройте модуль FWDM в соответствии с вашими конкретными требованиями

Оптические усилители SDH. Усилитель-бустер, линейный усилитель, предварительный усилитель для сетей SDH.

Транспондер WDM (OEO) SFP-SFP, SFP+-SFP+, XFP-XFP, SFP-XFP, QSFP-QSFP Транспондер OEO.