EDFA

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

EDFA (англ. Erbium Doped Fiber Amplifier) — волоконно-оптический усилитель на оптическом волокне, легированном ионами эрбия. Применяется в волоконно-оптических линиях передачи для восстановления уровня оптического сигнала. Преимуществом эрбиевых усилителей является отсутствие преобразования в электрический сигнал, возможность одновременного усиления сигналов с разными длинами волн (что обуславливает возможность усиления спектрально-мультиплексированного сигнала), практически точное соответствие рабочего диапазона эрбиевых усилителей области минимальных оптических потерь световодов на основе кварцевого стекла, сравнительно низкий уровень шума и простота включения в волоконно-оптическую систему.

Основной принцип EDFA[править | править вики-текст]

Относительно мощный пучок света, называемый лучом накачки, смешивается с входным сигналом, используя ответвитель с селекцией по длине волн. Входной сигнал и луч накачки должны иметь существенно отличающиеся длины волн.

Условная схема простого волоконно-оптического усилителя

Смешанный свет попадает в область волокна, допированную ионами эрбия. Мощный луч накачки воздействует на ионы эрбия, переводя их внешние(оптические) электроны в возбужденные состояния, то есть происходит процесс увеличения(накопления) энергии в системе, за счет энергии квантов излучения накачки. Таким образом в системе создается инверсная заселенность энергетических уровней эрбия. Когда в систему входит фотон полезного(усиливаемого) сигнала, он, взаимодействуя с возбужденным атомом эрбия, вынуждает его излучить запасенную энергию в виде дополнительного кванта излучения, свойства которого, идентичны свойствам изначального кванта полезного сигнала. То есть из одного начального фотона, после процесса вынужденного излучения получается два, а сам процесс вынужденного излучения, можно сравнить с процессом клонирования, потому что в каждом элементарном акте вынужденного излучения, получаются два фотона с одинаковыми свойствами: энергией, фазой, поляризацией и направлением распространения, то есть фотоны когерентны. Выходит, что количество фотонов полезного(входного) сигнала, проходящих через среду с инверсной заселенностью, резко увеличивается, пропорционально количеству актов вынужденного излучения, а так как все рожденные фотоны когерентны, то их совокупность представляет собой электромагнитную волну, отличающуюся от электромагнитной волны входного сигнала, только большей интенсивностью, при этом атомы эрбия, отдав запасенную энергию в ходе вынужденного излучения, возвращаются в основное, невозбужденное состояние, и процесс повторяется с начала. Среда с инверсной заселенностью, является одной из главных составных частей лазера, другой необходимой частью является система оптической обратной связи, которая, за счет отражения, возвращает часть излучения обратно и тем самым создает непрерывную лазерную генерацию. Процесс непрерывной лазерной генерации превращает усилитель в лазер и полностью нарушает структуру входного сигнала, что препятствует передаче информации и поэтому от обратной оптической связи стараются избавится, путем введения в систему оптических "изоляторов", в тех местах где обратная связь, обусловленная отражением, может появляться, например на выходе из усилителя, в месте присоединения к усилителю оптического волокна, которое представляет собой границу раздела, на которой, ввиду механической неоднородности, возникает отражение.

Шум[править | править вики-текст]

Основной источник шума в DFA это усиленная спонтанная эмиссия (ASE), у которой спектр приблизительно такой же как и спектр усиления усилителя. Коэффициент шума в идеальном DFA составляет 3 дБ, в то время как у практических усилителей коэффициент шума может достигать 6-8 дБ.

Разновидности[править | править вики-текст]

В настоящее время широко используются усилители EDFA на кремниевой и фтор-цирконатной основе. Оба типа используются во всем рабочем диапазоне эрбия (1530..1560 нм).

Одна из проблем EDFA на кремниевой основе - достаточно сильная зависимость коэффициента усиления от длины волны, что затрудняет их использование в DWDM системах (на разных DWDM каналах достигается различное SNR). Для таких EDFA используется накачка на длине волны 980 нм.

EDFA на фтор-цирконатной основе содержат больше эрбия, но имеют более высокий уровень шумов из-за использования лазера накачки 1480 нм.

Ссылки[править | править вики-текст]

  • Убайдуллаев Р. Р. "Волоконно-оптические сети" - М. Эко-Трендз - 2001, ISBN 5-88405-023-2