Các thành phần quang học tiên tiến - Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA)
Nhiều ứng dụng sợi quang, chẳng hạn như hệ thống DWDM đường dài, yêu cầu khuếch đại tín hiệu quang. Trong quá khứ, điều này đòi hỏi phải sử dụng các bộ lặp điện tử đắt tiền tại các điểm trung gian cứ sau 100 km. Các hệ thống DWDM đường dài hiện đại ngày nay sử dụng một số thành phần quang học tiên tiến để thay thế nhiều bộ lặp bằng một thiết bị quang học duy nhất. Những thiết bị quang học được gọi là bộ khuếch đại quang học này, trước đây chỉ gây tò mò trong phòng thí nghiệm, giờ đây được sử dụng rộng rãi trong triển khai tại hiện trường. Một trong những bộ khuếch đại quang phổ biến nhất là Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA).
Các nhà nghiên cứu đã phát triển EDFA để thay thế nhiều bộ lặp điện tử bằng ít bộ lặp quang hơn, giảm tổng chi phí và độ phức tạp của hệ thống. EDFA cũng cho phép nâng cấp hệ thống đơn giản bằng cách thêm các nguồn bổ sung vào các bước sóng khác nhau và kết hợp chúng vào một sợi quang bằng bộ ghép kênh DWDM.
Sợi được sử dụng trong EDFA được pha tạp erbium, một nguyên tố đất hiếm có mức năng lượng thích hợp trong cấu trúc nguyên tử của nó để khuếch đại ánh sáng ở 1550nm. Một máy laser laser 980 980 hoặc 1480nm đã bơm năng lượng vào sợi pha tạp erbium. Khi tín hiệu yếu ở 1550nm đi vào sợi quang, ánh sáng sẽ kích thích các nguyên tử erbium giải phóng năng lượng dự trữ của chúng dưới dạng ánh sáng 1550nm bổ sung. Quá trình này tiếp tục khi tín hiệu truyền xuống sợi quang, ngày càng mạnh hơn cho đến khi nó đến vùng pha tạp erbium.
Hình dưới đây cho thấy EDFA hai giai đoạn với acess giữa giai đoạn, một yếu tố quan trọng của hệ thống cáp quang hiệu suất rất cao. Trong trường hợp này, hai EDFA một tầng đơn giản được đóng gói cùng nhau. Người dùng nhận được đầu ra của EDFA giai đoạn đầu tiên và đầu vào của EDFA giai đoạn thứ hai. Các hệ thống này thường yêu cầu sử dụng định kỳ các yếu tố bổ sung, chẳng hạn như Sợi phân tán bù (DCF), để giảm sự phân tán tổng thể. Mất chèn cao từ 10 dB trở lên làm cho DCF có vấn đề. Đặt DCF tại điểm truy cập giữa giai đoạn của EDFA hai giai đoạn sẽ giảm các tác động có hại cho hệ thống. Người dùng vẫn nhận được mức tăng đáng kể thông qua EDFA, ngay cả khi có thêm phần mất mát quang học cao của DCF.
Trong hình, đầu vào quang trước tiên đi qua bộ cách ly quang số 1, onlu cho phép ánh sáng truyền từ trái sang phải. Tiếp theo ánh sáng đi qua WDM # 1. WDM # 1 cung cấp một phương tiện để đưa bước sóng bơm 980nm vào chiều dài đầu tiên của sợi pha tạp erbium. WDM # 1 cũng cho phép ghép tín hiệu đầu vào quang vào sợi pha tạp erbium với tổn thất quang tối thiểu.
Năng lượng 980nm bơm các nguyên tử erbium vào trạng thái phân rã, kích thích chậm. Khi ánh sáng trong dải 1550nm đi qua sợi pha tạp erbium, thường dài hàng chục mét, nó gây ra sự phát xạ kích thích của bức xạ, giống như tia laser. Theo cách này, tín hiệu đầu vào quang 1550nm tăng cường độ. Đầu ra của sợi pha tạp erbium sau đó đi qua bộ cách ly quang # 2, có sẵn cho người dùng. Thông thường, điểm acess giữa giai đoạn kết nối với một số loại thiết bị bù tán sắc. Sau đó, ánh sáng truyền qua bộ cách ly # 3 và WDM # 2. WDM # 2 kết hợp năng lượng 1480nm từ laser bơm thứ hai vào đầu kia của sợi pha tạp erbium dài thứ hai, tăng mức tăng và công suất đầu ra. Cuối cùng ánh sáng đi qua bộ cách ly # 4.
EDFA tránh hầu hết các thành phần hoạt động vì các photon khuếch đại tín hiệu. EDFA cung cấp công suất đầu ra cao, yêu cầu ít bộ khuếch đại hơn trong một thiết kế hệ thống nhất định. Các bộ khuếch đại thiết kế EDFA cơ bản nhất phát sáng trên một dải khá hẹp: 12nm. Việc bổ sung các bộ lọc cân bằng khuếch đại có thể tăng băng tần lên hơn 25nm. Các sợi pha tạp kỳ lạ khác làm tăng dải khuếch đại lên 40nm trở lên. Hơn nữa, độc lập tốc độ dữ liệu trong EDFA có nghĩa là nâng cấp hệ thống chỉ yêu cầu thay đổi thiết bị đầu cuối khởi động và nhận.
Hiệu suất đáng tin cậy của EDFA làm cho nó hữu ích trong các hệ thống truyền thông cáp quang tốc độ cao, dữ liệu cao và hệ thống phân phối CATV. Trong các ứng dụng CATV, EDFA tăng tín hiệu trước và sau bộ tách quang để khuếch đại tín hiệu tách để truyền qua một số sợi. Xem chi tiết sản phẩm bộ khuếch đại CATV tại đây. Nói chung, có bốn ứng dụng chính cho bộ khuếch đại quang: bộ khuếch đại công suất / bộ khuếch đại, bộ khuếch đại trong dòng, bộ tiền khuếch đại hoặc bù tổn thất cho mạng quang.
