Mis on EDFA ja kuidas see töötab kiudoptilistes võrkudes?

Pikkade kauguste signaalide edastamine traditsioonilistes kiudvõrkudes on alati olnud väljakutse. Erbiumiga doopitud kiudamplifikaator (EDFA), mis on optiliste võrkude süda, on leiutatud kui ideaalne lahendus täielikult optiliseks amplifitseerimiseks, võimaldades signaali edastamist kiudläbi ilma kallite optilis-elektrilis-optiliste teisendusteta. Meie ettevõte Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd. pakub professionaalseid lõpust-lõpuni ja ühe-stopi lahendusi optilises sidevaldkonnas, sealhulgas kõrgtõhusaid optilisi kiudamplifikaatoreid, mis kasutavad EDFAid stabiilse võrgu edastusjõudluse tagamiseks.

Mis on EDFA?

The EDFA on optiline tugevdaja tüüp, mis kasutab erbiiumiga doopitud kiud, mis näitab optilist võimendust, kui seda pumbatatakse 980 nm või 1480 nm laservalgusega. Erbiiumiga doopitud optiline kiud on mõeldud kasutamiseks koos erbiiumlaseriga, mille töörežiim on 1530–1565 nm. EDFAd (erbiiumiga doopitud kiudtugevdajad) võimendavad signaale täielikult optiliselt, mitte nagu varasemad kordajad, mis kasutasid optilis-elektrilis-optilist signaaliregeneratsiooni. Samal ajal võimendades mitmeid lainepikkuste kanaleid, saab nende kasutust laiendada DWDM-süsteemides.

EDFAd võimendavad valgust peamiselt 1530–1565 nm (C-riba) ja kuni 1625 nm (L-riba), sest need vastavad kvartsipõhiste optiliste kiudude väikseima atenuatsiooni piirkonnale. EDFAd teenindavad peamiselt pika teepikkuse maanteid, allvee- ja metrokommunikatsiooni.

EDFA tööpõhimõte: kuidas see töötab?

Mõistmine EDFA tööpõhimõte nõuab erbiiumiga doopitud kiudus stimuleeritud emissiooni füüsika uurimist. Võimendusprotsess hõlmab kolme olulist etappi:

1. Pumbamise ergutamine

Pumbalaser, mis töötab kas 980 nm või 1480 nm lainepikkusel, sisestab energiat erbiiumiga doopitud kiulisse. Kui pumbatud 980 nm pikkusel lainel, eksciteeruvad erbiiumioonid põhiolekust (⁴I₁₅∕₂) kõrgemasse energiatasemesse (⁴I₁₁∕₂), millest nad kiiresti lagunevad mittekiirguslikult metastabiilsesse olekusse (⁴I₁₃∕₂) umbes 10 millisekundi pikkusega eluajaga. See teeb võimalikuks populatsiooniinversiooni, mis on optilise võimendamise jaoks oluline tingimus.

2. Stimuleeritud emissioon

Kui algne 1550 nm riba signaalfooton liigub läbi doopitud kiuli, käivitab see stimuleeritud emissiooni protsessi, mille käigus üks erbiiumioon liigub ekstsitatsioonist põhiolekusse ja emitteerib ühe koherentse footoni sama lainepikkusega, faasiga ja suunaga nagu sisenev signaalfooton. Selle tulemusena ei degradeeru signaal ja toimub puhas optiline võimendamine.

3. Pummapaigutused

EDFA-de kasutatakse kolme erinevat pumbamiskonfiguratsiooni, et saavutada madal müra, kõrge väljundvõimsus või suur kasumitõhusus:

Ühesuunaline pumbamine: Liinikihelamplifikaator, mille pumbamine toimub sama suunas mis signaal, tagades madala müra teguri tugevdajale või eelamplifikaatorile kommunikatsiooniliini alguses.

Vastassuunaline pumbamine: See amplifikaatori tüüp, mille pumbamine toimub vastassuunas signaali liikumissuunaga, kasutatakse seadmete jaoks, millel on kõrgem signaali-müra suhe.

Kahepoolne pumbamine: Kombinatsioon mõlemast konfiguratsioonist tagab kõrgema kasumi, kõrgema võimsuse ja madalama müra – ideaalne pikkade kauguste pealiinide jaoks.

EDFA peamised komponendid

EDFA koosneb järgmistest peamistest moodulitest:

Eerbiumpõhine kiud (EDF): Aktiivse kiudlõigu segment, tavaliselt 10–100 m pikkune. See täidab peamist rolli kasvukeskkonnana stimuleeritud emissiooni teel.

Pumbalaserdiood: Pakkuda ergastatud valgusallikat ioonide ioniseerimiseks kõrgemasse energiatasandisse. Tavaliselt saadaval olevad pumbalaserdioodid on 980 nm ja 1480 nm lainepikkustel.

Lainepikkusevalikuline ühendaja: Kasutatakse signaalvalguse sisendi ja optilise signaaliallikaga kiudu (EDF) ühendamiseks. EDFA-s ühendatavad sisendsignaalid asuvad andmete edastamiseks C-ribas, samas kui pumba lainepikkus on kas 1480 nm või 980 nm.

Optiline isolaator: Kaitseb EDFA kasvuomadusi ja võrgusignaali peegeldunud valguse tagasituleku tekitatavast potentsiaalsest kahjustusest järgmistes võrgusegmentides.

Kasvu tasandav filter (GFF): Seda kasutatakse C-riba omase mitteühtlase kiudkasu kompenseerimiseks, et tasandada kogu edastuskaasu kõigi edastatavate kanalite vahel.

EDFA rakendused kiudoptilistes võrkudes

EDFA-l on palju kasulikke rakendusi kiudoptilistes side süsteemides, sealhulgas:

Pikkade kauguste maapealne edastus: reaalajas optilised võimendid, mida kasutatakse pealiini signaalide kordajatena, et kompenseerida kiudkaabli kaotust pärast kümneid sajandeid kilomeetreid optilist transpordit.

Allvee edastussüsteem: See on mänginud olulist rolli, tagades usaldusväärse ja stabiilse edastuse tuhandeid kilomeetreid ookeanide üle.

Metropolitanne WDM-võrgu edastussüsteem: Seda kasutatakse peamiselt side liinide sisendis (eelvõimendina) või lõpus (tugevdajana), et suurendada signaali tugevust ja pikendada sidekaugust.

Optiline kiudsensor: Kasutatakse kaugelt temperatuuri, pinge jne mõõtmiseks optilises kius.

CATV- ja PON-võrgud: EDFA-d on olulised komponendid kaablitelevisiooni ja passiivsete optiliste võrguinfrastruktuuride jaoks, tagades kõrgkvaliteedilise signaalijaotuse.

EDFA-tehnoloogia eelised

Teiste tehnoloogiatega võrreldes pakub kõrgtõhus optiline EDFA järgmisi eeliseid:

Kõrge võitlustõhusus: võitlus kuni 20–40 dB saavutatakse tõhusas ulatuses 100–200 km pikkustes kiududes;

Lai ribalaius: see seade suudab samaaegselt kompenseerida kõiki edastusaknasid, mistõttu saab edastamiseks kasutada palju lainepikkuste kanaleid;

Madal faasinõisuteegur: Madal faasinõis ja tüüpilised nõisuteegurid on 4–6 dB ulatuses, mis on lähedal kvantpiirile (3 dB);

Bitikiiruse sõltumatus: EDFAd võimaldavad kõiki andmekiirusi ilma muudatusteta tugevdada, mistõttu on need tulevikukindlad võrgu uuenduste jaoks

Madal ristmõju: Eerbi ioonide pikk ülemine olekuaeg vähendab kanalivahelist häiret WDM-süsteemides

Kohustuslik väljaandmine

Eerbi dopitud kiudamplifikatorid (EDFA-d), südamikoptilised amplifikatorid kiudoptilises edastuses võrkudes kompenseerivad tõhusalt pikka kaugust optilistes sideliinides sisendekaotusi saatja ja vastuvõtja vahel täieliku optilise signaali tugevdamisega, tagades stabiilse toimimise. Pika kauguse selgroo-võrkudes, allveekaabli süsteemides, WDM-linnadevõrkudes jne mängivad need EDFA-rakendused olulist rolli.

Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd. on professionaalne kiudoptiliste võimendite tootja. Meie ettevõte pakub täielikku ühe-kohaga lahendust kogu optilise side kiudoptiliste võimendite jaoks, sealhulgas tootmisprotsessidega, millele on paigaldatud automaatsed tootmisliinid, tolmu- ja osakestevabad ruumid ning täpsed testseadmed. Meie toodete rakendusvaldkonnad on laialdaselt esindatud pikkade kaugliinide, allvee side, metropoolse side, PON-võrkude ja kiudoptilise andurite seas.