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.

По сравнению с другими типами оптических усилителей (рамановскими и полупроводниковыми), EDFA используется наиболее широко[1].

Основной принцип EDFA[править | править код]

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, легированную ионами эрбия. Мощный луч накачки воздействует на ионы эрбия, переводя их внешние (оптические) электроны в возбуждённые состояния, то есть происходит процесс увеличения (накопления) энергии в системе за счёт энергии квантов излучения накачки. Таким образом в системе создается инверсная заселённость энергетических уровней эрбия. Когда в систему входит фотон полезного (усиливаемого) сигнала, он, взаимо­дейст­вуя с возбуж­дён­ным атомом эрбия, вынуждает его излучить запасённую 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 рождённые фотоны когерентны, то их совокупность представляет собой электро­магнит­ную волну, отличающуюся от электро­магнит­ной волны входного сигнала только большей интенсивностью, при этом атомы эрбия, отдав запасён­ную энергию в ходе вынужденного излучения, возвращаются в основное, невоз­буж­дён­ное состояние, и процесс повторяется сначала. Среда с инверсной заселенностью является одной из главных составных частей лазера, другой необходимой частью является система оптической обратной связи, которая за счёт 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, поэтому от обратной оптической связи стараются избавиться путём 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 код]

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 код]

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.

Примечания[править | править код]

  1. Types of Optical Amplifiers / OPTI 500 C, Spring 2011, Lecture 23, Introduction to Optical Amplifiers

Ссылки[править | править код]