EN
Передача сигнала на большие расстояния в традиционных волоконно-оптических сетях всегда была сложной задачей. Эрбиевый волоконный усилитель (EDFA), являющийся «сердцем» оптических сетей, был изобретён как идеальное решение для полностью оптического усиления, позволяя передавать сигнал по волокну без дорогостоящего оптико-электро-оптического преобразования. Наша компания, Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd., предоставляет профессиональные комплексные решения «под ключ» в области оптической связи, включая высокопроизводительные оптические усилители на основе EDFA, обеспечивающие стабильную работу сети.
Что такое EDFA?
Рынок EDFA представляет собой тип оптического усилителя, в котором используется отрезок волокна, легированного иттербием, обладающий оптическим усилением при накачке лазерным излучением с длиной волны 980 нм или 1480 нм. Волокно, легированное иттербием, предназначено для работы совместно с лазерным источником на основе иттербия, работающим в диапазоне 1530–1565 нм. В отличие от предыдущих ретрансляторов, осуществлявших регенерацию сигнала по схеме «оптика–электричество–оптика», EDFAs усиливают сигнал полностью в оптической области. Благодаря одновременному усилению множества волновых каналов их применение может быть расширено в системах DWDM.
EDFAs усиливают свет преимущественно в диапазоне 1530–1565 нм (C-диапазон) и до 1625 нм (L-диапазон), поскольку эти диапазоны соответствуют области наименьшего затухания в оптических волокнах на основе кремнезёма. EDFAs применяются главным образом в системах магистральной наземной связи, подводной и городской (метро) связи.
Принцип работы EDFA: как это работает?
Понимание Принцип работы EDFA требует рассмотрения физики вынужденного излучения в волокне, легированном иттербием. Процесс усиления включает три ключевых этапа:
1. Возбуждение накачкой
Лазерный источник накачки, работающий на длине волны 980 нм или 1480 нм, вводит энергию в эрбиево-легированное волокно. При накачке на длине волны 980 нм ионы эрбия возбуждаются из основного состояния (⁴I₁₅∕₂) в более высокое энергетическое состояние (⁴I₁₁∕₂), откуда они быстро переходят безызлучательно в метастабильное состояние (⁴I₁₃∕₂) с длительностью жизни около 10 миллисекунд. Это приводит к созданию инверсии населённостей — критического условия для оптического усиления.
2. Стимулированное излучение
По мере распространения исходного сигнального фотона в диапазоне 1550 нм по легированному волокну происходит процесс стимулированного излучения: один ион эрбия переходит из возбуждённого состояния в основное и испускает один когерентный фотон той же длины волны, фазы и направления, что и входящий сигнальный фотон. Благодаря этому сигнал не подвергается деградации, и осуществляется чистое оптическое усиление.
3. Конфигурации накачки
Существует три конфигурации накачки ЭРВУ, обеспечивающие низкий уровень шума, высокую выходную мощность или высокую эффективность усиления:
Накачка в одном направлении: Встроенный оптоволоконный усилитель, накачиваемый в том же направлении, что и сигнал, обеспечивает низкий коэффициент шума при использовании в качестве усилителя-буфера или предварительного усилителя в начале линии связи.
Накачка в противоположном направлении: Такой тип усилителя, накачиваемый в направлении, противоположном распространению сигнала, применяется в устройствах с более высоким отношением сигнал/шум.
Двунаправленная накачка: Объединяет обе схемы для достижения высокого коэффициента усиления, высокой мощности и низкого уровня шума — идеально подходит для магистральных систем дальней связи.
Ключевые компоненты ЭРВУ
ЭРВУ состоит из следующих ключевых модулей:
Эрбием-легированное волокно (ЭЛВ): Участок активного волокна длиной обычно от 10 до 100 м. Он выполняет основную функцию среды усиления за счёт вынужденного излучения.
Лазерный диод накачки: Обеспечивает возбуждённый источник света для ионизации ионов с переводом их в более высокое энергетическое состояние. Распространённые лазерные диоды накачки имеют длины волн 980 нм и 1480 нм.
Волноводный селективный соединитель: Используется для объединения входного сигнального света и оптического источника сигнала в волокно (EDF). В усилителе EDFA объединяемые входные сигналы работают в C-диапазоне для передачи данных, а накачка осуществляется на длинах волн 1480 нм или 980 нм.
Оптический изолятор: Защищает характеристики усиления EDFA и сетевой сигнал от возможных повреждений, вызванных отражённым светом, возвращающимся из последующих участков сети.
Фильтр выравнивания усиления (GFF): Применяется для компенсации присущей неоднородности коэффициента усиления волокна в C-диапазоне, обеспечивая выравнивание общего коэффициента передачи по всем передаваемым каналам.
Применение EDFA в волоконно-оптических сетях
Усилитель на основе эрбиевого волокна (EDFA) имеет множество полезных применений в системах волоконно-оптической связи, в том числе:
Наземные магистральные линии связи на большие расстояния: встроенные оптические усилители, используемые в качестве ретрансляторов магистральной линии для компенсации потерь в оптическом волокне после транспортировки на десятки и сотни километров.
Подводные системы передачи: Играет важную роль в обеспечении надёжной и стабильной передачи на тысячи километров через океаны.
Городские сети с разделением по длине волны (WDM): Применяется преимущественно на входе линий связи (предварительный усилитель) или в конце линии (усилитель мощности), чтобы повысить уровень сигнала и увеличить дальность связи.
Оптические волоконные датчики: Используются для измерения температуры, деформации и других параметров оптического волокна на удалённых расстояниях.
Сети CATV и PON: ЭДФУ являются важнейшими компонентами в инфраструктуре кабельного телевидения и пассивных оптических сетей, обеспечивая распределение сигнала высокого качества.
Преимущества технологии ЭДФУ
По сравнению с другими технологиями оптические ЭДФУ обладают следующими преимуществами:
Высокая эффективность усиления: коэффициент усиления до 20–40 дБ достигается на эффективных участках волокна длиной 100–200 км;
Широкая полоса пропускания: данное устройство способно одновременно компенсировать все окна передачи, что позволяет реализовать множество каналов передачи по длинам волн;
Низкий уровень фазового шума: Низкий уровень фазового шума и типичные значения коэффициента шума составляют 4–6 дБ, что близко к квантовому пределу (3 дБ);
Независимость от скорости передачи данных: EDFA усиливают все скорости передачи данных без модификации, что делает их пригодными для будущих обновлений сетей
Низкий уровень перекрёстных помех: Длительное время жизни ионов эрбия в верхнем энергетическом состоянии подавляет межканальные помехи в системах WDM
Заключение
Усилители на эрбиевом волокне (EDFA), основные оптические усилители в волоконно-оптической передаче сетях, эффективно компенсируют потери на ввод в оптических линиях большой протяжённости между передающей и приёмной сторонами за счёт полностью оптического усиления сигнала, обеспечивая стабильную работу. В магистральных сетях дальнего действия, подводных кабельных системах, метрополитенских сетях WDM и т. д. эти Применения EDFA играют ключевую роль.
Компания Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd. — профессиональный производитель оптических усилителей волоконно-оптических линий связи. Мы предлагаем комплексные комплексные решения «под ключ» по полной цепочке поставок для всех типов оптических усилителей волоконно-оптических линий связи, включая производственные процессы с автоматизированной линией сборки, чистыми помещениями и высокоточным испытательным оборудованием. Наши изделия широко применяются в магистральных сетях дальней связи, подводных системах связи, городских сетях связи, сетях PON, волоконно-оптическом зондировании и других областях.