EN
Передача сигналів на великі відстані в традиційних волоконно-оптичних мережах завжди була викликом. Ербій-легований волоконний підсилювач (EDFA), як «серце» оптичних мереж, був винайдений як ідеальне рішення для повністю оптичного підсилення, що дозволяє передавати сигнали по волокну без дорогого оптико-електро-оптичного перетворення. Наша компанія, Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd., надає професійні комплексні (end-to-end) та одноступеневі (one-stop) рішення в галузі оптичних комунікацій, у тому числі високоефективні оптичні волоконні підсилювачі на основі EDFA для забезпечення стабільної роботи мережі.
Що таке EDFA?
Ринок EDFA це тип оптичного підсилювача, що використовує відрізок волокна, легованого ербієм, яке демонструє оптичне посилення при накачуванні лазерним світлом з довжиною хвилі 980 нм або 1480 нм. Оптичне волокно, леговане ербієм, розроблено для використання разом із джерелом ербієвого лазера, що працює в діапазоні 1530–1565 нм. На відміну від попередніх ретрансляторів, що використовували повну оптико-електро-оптичну регенерацію сигналу, EDFAs здійснюють повністю оптичне підсилення сигналів. Завдяки одночасному підсиленню багатьох каналів довжини хвилі їх застосування можна розширити в системах DWDM.
EDFA підсилюють світло переважно в діапазоні 1530–1565 нм (C-діапазон) і до 1625 нм (L-діапазон), оскільки ці діапазони відповідають області найнижчого загасання у скловолоконних оптичних волокнах на основі кремнезему. EDFAs будуть використовуватися переважно в довгих наземних маршрутах, підводних та міських комунікаціях.
Принцип роботи EDFA: як це працює?
Розуміння Принцип роботи EDFA вимагає аналізу фізики вимушеного випромінювання у волокні, легованому ербієм. Процес підсилення включає три ключові етапи:
1. Накачування та збудження
Лазерний джерело накачки, що працює на довжині хвилі 980 нм або 1480 нм, вводить енергію в ербій-легований оптичний волоконний кабель. При накачці на довжині хвилі 980 нм йони ербію збуджуються із основного стану (⁴I₁₅∕₂) до вищого енергетичного стану (⁴I₁₁∕₂), звідки вони швидко спадають безвипромінювально до метастабільного стану (⁴I₁₃∕₂) із тривалістю життя близько 10 мс. Це призводить до створення інверсії населеності — критичної умови для оптичного підсилення.
2. Вимушена емісія
Під час поширення первинного сигналу в діапазоні 1550 нм уздовж легованого волокна відбувається процес вимушеної емісії: один йон ербію переходить із збудженого стану в основний стан й випромінює один когерентний фотон тієї самої довжини хвилі, фази й напрямку, що й вхідний сигнал. Таким чином сигнал не підлягає деградації, а здійснюється чисте оптичне підсилення.
3. Конфігурації накачки
Існує три конфігурації накачування ЕДУП, які забезпечують роботу з низьким рівнем шуму, високою вихідною потужністю або ефективністю підсилення:
Накачування в одному напрямку: Лінійний волоконний підсилювач, накачуваний у тому самому напрямку, що й сигнал, що забезпечує низький коефіцієнт шуму для підсилювача потужності або попереднього підсилювача на початку лінії зв’язку.
Накачування в протилежному напрямку: Цей тип підсилювача, накачуваний у напрямку, протилежному до напрямку поширення сигналу, використовується в пристроях із вищим співвідношенням сигнал/шум.
Двонапрямкове накачування: Поєднує обидва способи для досягнення високого коефіцієнта підсилення, високої потужності та низького рівня шуму — ідеально підходить для магістральних систем довгого зв’язку.
Основні компоненти ЕДУП
ЕДУП складається з таких основних модулів:
Ербій-леговане волокно (ЕЛВ): Відрізок активного волокна завдовжки зазвичай 10–100 м. Виконує основну роль середовища підсилення за рахунок вимушеного випромінювання.
Лазерний діод накачування: Забезпечує збуджений світловий джерело для іонізації іонів, щоб перевести їх у вищі енергетичні стани. Поширені лазерні діоди накачування мають довжини хвилі 980 нм та 1480 нм.
Хвилеводний селективний сполучник: Використовується для об’єднання вхідного сигналу та оптичного джерела сигналу у волокно (EDF). У підсилювачі EDFA такі вхідні сигнали працюють у C-діапазоні для передачі даних, а накачування здійснюється на довжині хвилі 1480 нм або 980 нм.
Оптичний ізолятар: Захищає характеристики підсилення EDFA та мережевий сигнал від потенційних пошкоджень, спричинених відбитим світлом із наступних сегментів мережі.
Фільтр вирівнювання підсилення (GFF): Використовується для компенсації природної неоднорідності коефіцієнта підсилення волокна в C-діапазоні, щоб вирівняти загальне підсилення для всіх передаваних каналів.
Застосування EDFA в оптоволоконних мережах
EDFA має багато корисних застосувань у волоконно-оптичних системах зв’язку, зокрема:
Довготривала наземна передача: лінійні оптичні підсилювачі, що використовуються як ретранслятори магістралі й компенсують втрати в оптичному волокні після десятків сотень кілометрів оптичної передачі.
Підводна система передачі: Вона відіграла значну роль, забезпечуючи надійну та стабільну передачу на тисячі кілометрів через океани.
Метрополітенська WDM-мережа передачі: Її використовують переважно на вході ліній зв’язку (попередній підсилювач) або в кінці лінії (підсилювач потужності), щоб посилити сигнал і збільшити відстань передачі.
Оптичний волоконний датчик: Застосовується для вимірювання температури, деформації тощо у віддалених ділянках оптичного волокна.
Мережі CATV та PON: EDFA — це ключові компоненти в інфраструктурі кабельного телебачення та пасивних оптичних мереж, що забезпечують розподіл сигналу високої якості.
Переваги технології EDFA
Порівняно з іншими технологіями оптичні EDFA високої продуктивності мають такі переваги:
Висока ефективність підсилення: досягається підсилення до 20–40 дБ на ефективних довжинах волокна 100–200 км;
Широка смуга пропускання: цей пристрій може одночасно компенсувати всі вікна передачі, тому для передачі можна використовувати багато каналів за довжиною хвилі;
Низька фазова шумова характеристика: Низький рівень фазових шумів та типові шумові коефіцієнти становлять 4–6 дБ, що наближається до квантового межі (3 дБ);
Незалежність від швидкості передачі даних: EDFA підсилюють усі швидкості передачі даних без модифікацій, що робить їх придатними для майбутніх оновлень мережі
Низький рівень перехресних завад: Тривалий час життя іонів ербію у верхньому стані зменшує міжканальні перешкоди в системах WDM
Висновок
Підсилювачі на основі волокна, легованого ербієм (EDFA), — це основні оптичні підсилювачі в волоконно-оптичній передачі мережах, які ефективно компенсують втрати вставки в довгих оптичних лініях зв’язку між передавальним та приймальним кінцями за рахунок повністю оптичного підсилення сигналу, забезпечуючи стабільну роботу. У магістральних мережах великої протяжності, підводних кабельних системах, метрополітенських WDM-мережах тощо ці Застосування EDFA відіграють вирішальну роль.
Компанія Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd. — це профільне підприємство з виробництва оптичних підсилювачів для волоконно-оптичних ліній зв’язку. Ми надаємо повний комплекс рішень «під ключ» у сфері постачання всіх типів оптичних підсилювачів, включаючи виробничі процеси, що забезпечуються автоматизованою лінією виробництва, чистими приміщеннями та точним випробувальним обладнанням. Наша продукція широко використовується в магістральних мережах довгого радіусу дії, підводних комунікаціях, міських мережах зв’язку, PON-мережах, волоконно-оптичному сенсорному обладнанні тощо.