Kaugelearenenud optilised komponendid - erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA)
Paljud kiudoptilised rakendused, näiteks pikamaa DWDM süsteemid, nõuavad optilise signaali võimendamist. Varem oli see seotud kulukate elektrooniliste repiiterite kasutamisega vahepunktides iga 100 km järel. Tänapäeva kaasaegsed kaugliinide DWDM-süsteemid kasutavad mitmeid täiustatud optilisi komponente, et asendada mitu kordajat ühe optilise seadmega. Need optilised seadmed, mida nimetatakse optilisteks võimenditeks , on ainult laboratoorsete huvituste tõttu laialdaselt kasutusel välitingimustes. Üheks kõige levinumaks optiliseks võimendiks on Erbiumiga legeeritud kiudvõimendi (EDFA).
Teadlased arendasid EDFA, et asendada arvukalt elektroonilisi kordajaid vähemate optiliste kordajatega, vähendades üldjuhul süsteemi kulusid ja keerukust. EDFA-d võimaldavad ka lihtsaid süsteemiuuendusi, lisades erinevatele lainepikkustele täiendavaid allikaid ja kombineerides need ühe kiuduga, kasutades DWDM multiplekserit .
EDFA-s kasutatav kiud dopeeritakse erbiumiga - haruldaste muldmetallidega elementidega, millel on aatomstruktuuris sobivad energiatasemed valguse võimendamiseks 1550 nm juures. 980 nm või 1480 nm pumba laser pumpab energiat erbiumiga legeeritud kiu. Kui nõrk signaal 1550 nm juures siseneb kiu, stimuleerib valgus erbium-aatomeid vabastama oma salvestatud energiat täiendava 1550 nm valgusena. See protsess jätkub, kui signaal läbib kiudaineid, kasvades tugevamaks ja tugevamaks, kuni see jõuab erbiumiga legeeritud piirkonda.
Alltoodud joonisel on kujutatud kaheastmeline EDFA, millel on keskmise astme aku, mis on väga suure jõudlusega kiudoptiliste süsteemide oluline element. Sel juhul pakitakse kokku kaks lihtsat üheastmelist EDFA-d. Kasutaja saab esimese etapi EDFA väljundi ja teise etapi EDFA sisendi. Need süsteemid nõuavad sageli üldiste dispersiooni vähendamiseks täiendavate elementide, nagu dispergeeriv kompenseeriv kiud (DCF), perioodilist kasutamist. Kõrge sisestuskaotus 10 dB või rohkem muudab DCF-i problemaatiliseks. DCF-i paigutamine kaheastmelise EDFA keskmisele juurdepääsupunktile vähendab kahjulikke mõjusid süsteemile. Kasutaja realiseerib endiselt EDFA kaudu märkimisväärset kasu isegi DCF-i suure optilise kaotsimineku puhul.
Joonisel kujutab optiline sisend esmalt läbi optilise isolaatori # 1, mis võimaldab valgusel liikuda vasakult paremale. Seejärel läbib valgus WDM # 1. WDM # 1 annab vahendi 980 nm pumba lainepikkuse süstimiseks erbiumiga legeeritud kiudude esimesesse pikkusse. WDM # 1 võimaldab ka optilise sisendsignaali ühendamist erbiumiga legeeritud kiududega, millel on minimaalne optiline kadu.
980 nm energia pumpab erbiumi aatomid aeglaselt lagunevasse, ergutatud olekusse. Kui valgus 1550 nm sagedusribas liigub läbi erbiumiga legeeritud kiu, mis on tavaliselt kümne meetri pikkune, tekitab see stimuleeritud kiirguse, nagu laser. Sel viisil suureneb 1550 nm optilise sisendsignaali tugevus. Erbiumiga legeeritud kiu väljund läheb seejärel läbi optilise isolaatori # 2, mis muutub kasutajale kättesaadavaks. Tavaliselt ühendab keskastme akne punkt mingisuguse dispersioonikompensatsiooniseadmega. Seejärel liigub valgus läbi isolaatori # 3 ja WDM # 2. WDM # 2 ühendab teise pumba laserist 1480 nm energiat teise piki erbiumiga legeeritud kiu otsa, suurendades võimendust ja väljundvõimsust. Lõpuks liigub valgus läbi isolaatori # 4.
EDFAd väldivad kõige aktiivsemaid komponente, sest fotonid võimendavad signaali. EDFA tagab suure väljundvõimsuse, mis nõuab antud süsteemi konstruktsioonis vähem võimendeid. Kõige põhilisemad EDFA disainivõimendid valgustavad suhteliselt kitsas ribas: 12 nm. Kasvu suurendamise filtrite lisamine võib suurendada riba rohkem kui 25 nm. Teised eksootilised dopeeritud kiud suurendavad võimendusriba 40 nm või rohkem. Lisaks tähendab andmehulga sõltumatus EDFAs, et süsteemi uuendamine nõuab ainult käivitus- ja vastuvõtuterminalide muutmist.
EDFA usaldusväärne töökindlus muudab selle kasulikuks kaug-, kõrge andmeedastuskiirusega kiudoptiliste sidesüsteemide ja CATV-süsteemide jaoks. CATV-rakendustes suurendavad EDFA signaalid enne ja pärast optilist splitterit, et võimendada jagatud signaali edastamiseks üle mitme kihi. Vaadake siin CATV võimendi toote üksikasju. Üldiselt on optilise võimendi jaoks olemas neli peamist rakendust: võimsusvõimendi / võimendi, rida-võimendi, võimendi eelseadistamise või optiliste võrkude kadude kompenseerimine.
