Täiustatud optilised komponendid - Erbium-legeeritud fiibervõimendi (EDFA)
Paljud kiudoptilised rakendused, näiteks pikamaa DWDM süsteemid, vajavad optilise signaali võimendamist. Varem tähendas see kallite elektrooniliste repiiterite kasutamist vahepunktides iga 100 km tagant. Tänapäeva kaasaegsed pikamaa DWDM-süsteemid kasutavad mitut täiustatud optilist komponenti, et asendada mitu repiiterit ühe optilise seadmega. Neid optilisteks võimenditeks nimetatavaid optilisi seadmeid, mis olid kunagi laboratoorsed uudishimu, näevad nüüd laialdaselt kasutamiseks välitingimustes. Üks levinumaid optilisi võimendiid on Erbium-legeeritud fiibervõimendi (EDFA).
Teadlased töötasid välja EDFA, et asendada arvukad elektroonilised repiiterid vähem optiliste repiiteritega, vähendades üldiselt süsteemi kulusid ja keerukust. EDFA-d võimaldavad ka lihtsaid süsteemiuuendusi, lisades erinevatele lainepikkustele lisaallikaid ja ühendades need DWDM-multiplekseri abil ühele kiududele.
EDFA-s kasutatav kiud on leotatud erbiumiga - haruldaste muldmetallidega, mille aatomistruktuuris on sobivad energiatasemed valguse võimendamiseks lainepikkusel 1550 nm. 980 nm või 1480 nm „pump” laser süstib energiat erbiumiga leotatud kiudu. Kui kiud siseneb nõrga signaali 1550 nm juures, stimuleerib valgus erbiumi aatomeid, et vabastada nende salvestatud energia täiendava 1550 nm valgusena. See protsess jätkub, kui signaal edastab kiudu, muutudes tugevamaks ja tugevamaks, kuni see jõuab erbiumi lisandiga piirkonda.
Alloleval joonisel on kujutatud kaheastmelist EDFA-d koos keskastme juurdepääsuga, mis on väga suure jõudlusega kiudoptiliste süsteemide oluline element. Sel juhul pakitakse kaks lihtsat üheastmelist EDFA-d kokku. Kasutaja võtab vastu esimese astme EDFA väljundi ja teise astme EDFA sisendi. Need süsteemid vajavad üldise hajumise vähendamiseks sageli perioodiliste lisaelementide kasutamist, näiteks dispersiooni kompenseeriv kiud (DCF). Suur sisestamiskaotus (10 dB või rohkem) muudab DCF-i problemaatiliseks. DCF-i paigutamine kaheastmelise EDFA keskastme pääsupunkti vähendab süsteemi kahjulikku mõju. Kasutaja saab EDFA kaudu siiski märkimisväärset kasu, isegi DCF-i suure optilise kadu lisamisega.
Joonisel läbib optiline sisend kõigepealt läbi optilise isolaatori # 1, mis onlu võimaldab valgust üle minna vasakult paremale. Järgmisena läbib tuli läbi WDM # 1. WDM # 1 annab võimaluse 980 nm pumba lainepikkuse süstimiseks erbiumiga legeeritud kiu esimesse pikkusesse. WDM # 1 võimaldab optilise sisendsignaali ühendamist ka erbiumiga segustatud kiuduga, minimaalse optilise kaduga.
980 nm energiapump pumpab erbiumi aatomid aeglaselt lagunevasse, ergastatud olekusse. Kui 1550 nm lainealane valgus liigub läbi erbiumiga leotatud kiu, mis on tavaliselt kümnete meetrite pikkune, põhjustab see stimuleeritud kiirgusemissiooni, sarnaselt laseriga. Sel viisil tugevdab 1550 nm optiline sisendsignaal tugevust. Erbiumiga legeeritud kiu väljund läbib seejärel optilise isolaatori nr 2, mis muutub kasutajale kättesaadavaks. Tavaliselt ühendatakse keskmises astmes juurdepääsupunkt mingisuguse hajuvust kompenseeriva seadmega. Seejärel liigub tuli läbi isolaatori # 3 ja WDM # 2. WDM # 2 seob teisest pumbalaserist 1480 nm energia erbiumiga legeeritud kiudude teise otsa teise otsa, suurendades võimendust ja väljundvõimsust. Lõpuks liigub valgus läbi isolaatori nr 4.
EDFA-d väldivad kõige aktiivsemaid komponente, kuna footonid võimendavad signaali. EDFA pakub suurt väljundvõimsust, vajades antud süsteemi ülesehituses vähem võimendusi. Kõige tavalisemad EDFA disainvõimendid valgustavad üsna kitsa riba kaudu: 12 nm. Võimendusfiltrite lisamine võib riba suurendada üle 25 nm. Muud eksootilised segustatud kiud suurendavad võimendusriba 40 nm või rohkem. Lisaks tähendab andmeedastuskiiruse sõltumatus EDFA-des süsteemi uuendamist, mis nõuab ainult käivitus- ja vastuvõtterminalide muutmist.
EDFA usaldusväärne jõudlus muudab selle kasulikuks pikamaavedude, suure andmeedastuskiirusega kiudoptiliste sidesüsteemide ja CATV-edastussüsteemide puhul. CATV rakendustes võimendavad EDFA-d signaali enne ja pärast optilist jaoturit, et võimendada jagatud signaali edastamiseks mitme kiu kaudu. Siit leiate CATV võimendi toote üksikasju. Üldiselt on optiliste võimendite jaoks neli peamist rakendust: võimsusvõimendi / võimendus, reavõimendi, eelvõimendi või optiliste võrkude kadude kompenseerimine.
