EN
Přenos signálu na dlouhé vzdálenosti v tradičních optických sítích byl vždy výzvou. Erbium-dopovaný optický zesilovač (EDFA), který je srdcem optických sítí, byl vyvinut jako ideální řešení pro čistě optické zesilování a umožňuje přenos signálu po celé délce optického vlákna bez nákladné opticko-elektricko-optické konverze. Naše společnost Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd. poskytuje profesionální kompletní jednozastávková řešení v oblasti optických komunikací, včetně vysokovýkonného optického zesilovače, který využívá technologii EDFA k zajištění stabilního výkonu přenosu v síti.
Co je EDFA?
Trh EDFA je typ optického zesilovače, který využívá úsek vlákna dopovaného erbem, které vykazuje optické zesílení při buzení laserovým světlem o vlnové délce 980 nm nebo 1480 nm. Optické vlákno dopované erbem je navrženo pro použití se zdrojem erbiového laseru pracujícím v rozsahu vlnových délek 1530 až 1565 nm. Na rozdíl od dřívějších opakovačů, které prováděly regeneraci signálu opticko-elektricko-optickou cestou, EDFAs zesilují signály zcela opticky. Díky současnému zesílení mnoha vlnových kanálů lze jejich využití rozšířit v systémech DWDM.
EDFAs zesilují světlo převážně v rozsahu 1530–1565 nm (C-pásma) až do 1625 nm (L-pásma), protože tyto rozsahy odpovídají oblasti nejnižšího útlumu u křemičitanových optických vláken. EDFAs budou sloužit především pro dlouhé pozemní trasy, podmořské i městské komunikační systémy.
Princip činnosti EDFA: Jak to funguje?
Pochopení Princip činnosti EDFA vyžaduje zkoumání fyziky stimulované emise ve vlákně dopovaném erbem. Proces zesílení zahrnuje tři klíčové kroky:
1. Budicí excitace
Čerpadlový laser pracující buď na vlnové délce 980 nm nebo 1480 nm vstřikuje energii do vlákna dopovaného erbem. Při čerpání na vlnové délce 980 nm jsou ionty erbium excitovány ze základního stavu (⁴I₁₅/₂) do vyššího energetického stavu (⁴I₁₁/₂), odkud rychle nepatrně přecházejí do metastabilního stavu (⁴I₁₃/₂) s dlouhou životností přibližně 10 milisekund. Tím vzniká inverze populace, což je kritická podmínka pro optické zesílení.
2. Vynucená emise
Původní signálový foton v pásmu 1550 nm se šíří dopovaným vláknem a spouští proces vynucené emise, při němž jeden ion erbium přejde z excitovaného stavu do základního stavu a vyzáří jeden koherentní foton stejné vlnové délky, fáze a směru jako vstupní signálový foton. Tímto způsobem nedochází k degradaci signálu a probíhá čisté optické zesílení.
3. Konfigurace čerpadla
Existují tři konfigurace čerpaní pro EDFA, které umožňují provoz s nízkým šumem, vysokým výstupním výkonem nebo vysokou účinností zisku:
Čerpání ve stejném směru: Linkový optický zesilovač čerpaný ve stejném směru jako signál, což zajišťuje nízký šumový faktor pro zesilovač typu booster nebo předzesilovač na začátku komunikačního spoje.
Čerpání v protisměru: Tento typ zesilovače čerpaný v opačném směru než se signál šíří se používá u zařízení s vyšším poměrem signálu k šumu.
Obousměrné čerpání: Kombinuje obě uvedené metody pro vysoký zisk, vysoký výkon a nízký šum – ideální pro dlouhé trasové systémy.
Hlavní součásti EDFA
EDFA se skládá z následujících klíčových modulů:
Erbium-doped fiber (EDF): Úsek aktivního vlákna obvykle dlouhý 10 až 100 m. Hraje hlavní roli jako prostředek zisku prostřednictvím stimulované emise.
Čerpadlová laserová dioda: Poskytuje excitovaný světelný zdroj pro ionizaci iontů, aby dosáhly vyššího energetického stavu. Běžně dostupné čerpadlové laserové diody mají vlnové délky 980 nm a 1480 nm.
Vlnově selektivní spojka: Slouží k kombinování vstupního signálového světla a optického zdroje signálu do vlákna (EDF). V EDFA jsou tyto vstupní světelné signály ve směru C-bandu pro přenos dat, zatímco čerpadlové záření má vlnovou délku buď 1480 nm nebo 980 nm.
Optický izolátor: Chrání ziskové vlastnosti EDFA a síťový signál před potenciálním poškozením způsobeným odrazem světla z následujících úseků sítě.
Filtrační prvek pro vyrovnání zisku (GFF): Slouží k kompenzaci vnitřní nerovnoměrnosti zisku vlákna v pásmu C, aby se vyrovnal celkový přenosový zisk napříč všemi přenášenými kanály.
Aplikace EDFA v optických vláknových sítích
EDFA má mnoho užitečných aplikací v optických komunikačních systémech, včetně:
Dlouhodobý pozemní přenos: optické zesilovače v řadě, používané jako opakovače hlavní linky, které kompenzují ztráty v optickém vlákně po desítkách až stovek kilometrů optického přenosu.
Podmořský přenosový systém: Hraje významnou roli při zajištění spolehlivého a stabilního přenosu na tisíce kilometrů napříč oceány.
Metropolitní WDM přenosový systém: Je primárně používán na vstupu komunikačních linek (předzesilovač) nebo na konci (zesilovač výstupního signálu), aby zvýšil sílu signálu a prodloužil tak dosah komunikace.
Optický senzor na bázi optického vlákna: Používá se k měření teploty, deformace apod. optického vlákna na velké vzdálenosti.
Sítě CATV a PON: EDFA jsou zásadními komponenty v infrastruktuře kabelové televize a pasivních optických sítí, které zajišťují distribuci signálu vysoké kvality.
Výhody technologie EDFA
Ve srovnání s jinými technologiemi má optická EDFA vysoký výkon následující výhody:
Vysoká účinnost zesílení: zesílení až 20–40 dB je dosaženo v efektivním rozsahu délek optických vláken 100–200 km;
Široká šířka pásma: toto zařízení může současně kompenzovat všechna přenosová okna, čímž lze dosáhnout přenosu mnoha vlnových kanálů;
Nízký fázový šum: Nízký fázový šum a typické hodnoty šumu jsou v rozmezí 4 až 6 dB, což je blízko kvantovému limitu (3 dB);
Nezávislost na přenosové rychlosti: EDFA zesilují všechny přenosové rychlosti bez úpravy, čímž jsou připraveny na budoucí modernizace sítí
Nízká mezikanálová vazba: Dlouhá doba života iontů erbium ve vyšším energetickém stavu potlačuje mezikanálové rušení ve WDM systémech
Závěr
Erbium-dopované vláknové zesilovače (EDFA), základní optické zesilovače v vláknově-optickém přenosu sítí, účinně kompenzují ztráty vložení v dlouhých optických spojích mezi vysílacím a přijímacím koncem prostřednictvím čistě optického zesílení signálu, čímž zajišťují stabilní provoz. V dálkových páteřních sítích, podmořských kabelových systémech, WDM metro sítích atd. tyto Aplikace EDFA hranjí klíčovou roli.
Společnost Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd. je specializovaný výrobce optických zesilovačů. Naše společnost poskytuje komplexní kompletní řešení celého dodavatelského řetězce pro všechny optické komunikační zesilovače, včetně výrobních procesů vybavených automatickou výrobní linkou, čistými místnostmi a přesnými testovacími zařízeními. Naše produkty nacházejí široké uplatnění v dlouhodobých trasových sítích, podmořských komunikacích, metropolitních komunikacích, sítích PON, optickém senzorování atd.