Tout ce que vous devez savoir sur EDFA

Qu’est-ce qu’un amplificateur optique ?

Un amplificateur optique est utilisé pour fournir un gain aux signaux optiques. Le cœur de l’amplificateur optique est le milieu à gain. L’amplificateur à fibre optique est pompé afin de réaliser l’inversion de population et le gain. Le gain est généralement associé au milieu à gain, à la source de pompage et au signal d’entrée. La fonction de la source de pompage est d’activer le milieu à gain pour produire l’inversion de population. Et le signal génère une émission stimulée à travers le milieu à gain activé afin de réaliser finalement l’amplification. La structure de base d’un amplificateur optique est illustrée ci-dessous :

Structure de base d'un amplificateur optique

Les types courants d'amplificateurs optiques comprennent les trois types suivants.

Types d’amplificateurs optiques

• Amplificateur optique à semi-conducteur(SOA)

• Amplificateur à fibre dopée à l’erbium(EDFA)

• Amplificateur à fibre Raman(RFA). 

L’amplificateur optique apporte un saut qualitatif à la technologie de communication par fibre optique. Avec l’application commerciale rapide des amplificateurs optiques, la technologie WDM a atteint un haut degré de maturité. La combinaison de l’amplificateur optique et de la technologie WDM permet de réaliser de manière flexible et pratique l’extension de capacité du système de communication optique sans coût important. 

L’amplificateur EDFA est aujourd’hui le type le plus largement commercialisé en raison de ses excellentes performances, mais il présente également des limites, telles que sa bande passante étroite, qui limite la recherche de haut débit et d’amplification tout optique. Les amplificateurs RFA, en tant qu’amplificateurs tout optiques, sont donc également considérés comme prometteurs à l’avenir. Ensuite, cet article présentera en détail l’amplificateur EDFA le plus commercialisé.

Qu’est-ce qu’un EDFA ?

Comme mentionné ci-dessus, EDFA est un type d’amplificateur optique, qui signifie Erbium-Doped Fiber Amplifier. L’amplificateur EDFA est l’une des plus grandes inventions dans la communication par fibre optique, augmentant considérablement la capacité de la communication par fibre optique. EDFA est généralement utilisé dans les systèmes de communication par fibre optique longue distance pour réaliser une amplification optique et réduire l’atténuation optique.

Structure EDFA

La figure suivante montre la structure de base de l’EDFA.

Schéma de structure EDFA

Un EDFA typique amplificateur se compose principalement des composants suivants :

• Fibre dopée à l’erbium : Cœur de l’EDFA. Il est fabriqué en dopant l’élément de terre rare erbium dans une fibre optique en quartz. 

• Laser de pompage : Utilisé pour augmenter l’énergie de l’erbium. Il est prouvé que la longueur d’onde de 1480nm fonctionne le mieux, suivie de la longueur d’onde de 980nm.

• Isolateur : Utilisé pour empêcher les lumières optiques de se réfléchir et garantir le fonctionnement stable de l’amplificateur optique.

• Coupleur : Utilisé pour coupler les signaux optiques et les signaux de pompe dans une fibre dopée à l’erbium.

• Filtre optique : Filtre optique passe-bande étroit avec une bande passante inférieure à 1nm. Utilisé pour éliminer la lumière d’émission spontanée de l’EDFA amplificateur afin de réduire le bruit EDFA.

Fonctionnement de l’amplificateur à fibre EDFA

Un EDFA est principalement composé de la fibre dopée à l’erbium (10~30 mètres) et du laser de pompage (longueur d’onde de 980nm ou 1480nm). Après avoir été stimulée par le laser de pompage, la fibre dopée à l’erbium passe dans un état excité élevé métastable et génère une émission stimulée, afin d’amplifier les signaux optiques d’entrée. Généralement, un EDFA peut obtenir un gain de 15-40dB, et la distance de relais peut s’étendre à plus de 100km.

Questions sur EDFA qui pourraient vous intéresser

1. Pourquoi l’amplificateur à fibre dopée Er est-il le plus largement utilisé ? Quels ions de terres rares peuvent également être utilisés dans l’optique amplificateur sauf pour Erbium ?

Outre l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium, il existe également des amplificateurs à fibre dopée au praséodyme et dopée au thulium.

• EDFA (amplificateur à fibre dopée à l’erbium) fonctionne à une longueur d’onde de 1550 nm.

• PDFA (amplificateur à fibre dopée au Pr) fonctionne à une longueur d’onde de 1300nm.

• TDFA (amplificateur à fibre dopée au Tm) fonctionne à une longueur d’onde de 1400nm.

La longueur d’onde de fonctionnement de l’EDFA correspond exactement à la fenêtre de perte minimale des communications optiques, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles l’EDFA est le plus largement utilisé.

2. Pourquoi 980nm et 1480nm sont-ils choisis comme source de pompage ?

Les longueurs d’onde de la source peuvent être 520nm, 650nm, 980nm et 1480nm, mais la pratique a prouvé que l’efficacité de pompage de 980nm et 1480nm est supérieure aux autres. L’efficacité de pompage d’un EDFA pompé à 1480nm est supérieure à celle à 980nm. Cependant, la source de pompage à 980nm présente un facteur de bruit plus faible ; ainsi, si vous avez besoin de meilleures performances en matière de bruit, 980nm est davantage recommandé.

Avantages de l’EDFA 

L’amplificateur EDFA est l’amplificateur optique le plus largement utilisé, qui présente de nombreux avantages comme suit :

• Fonctionne dans la fenêtre de perte minimale des communications optiques. EDFA fonctionne à une longueur d’onde de 1550nm, ce qui correspond exactement à la fenêtre d’atténuation minimale de la fibre monomode.

• Haute efficacité de couplage. La perte de couplage de l’EDFA et de la fibre de transmission est très faible, même inférieure à 0.1dB.

• Faible facteur de bruit. 4~7dB.

• Gain élevé. 20~40dB

• Puissance de sortie élevée : le pompage bidirectionnel peut atteindre jusqu’à 20dBm.

• Large bande passante de fréquence. Une large bande passante de fréquence de 20~40nm à 1550nm prend en charge l’amplification simultanée des signaux multi-trajets.

• Faible puissance de pompe requise. Seulement environ 10mW.

• Structure entièrement en fibre. Entièrement compatible avec le système de communication par fibre optique.

• Haute stabilité. Le gain de l’EDFA est insensible à la température et indépendant de la polarisation.

Application EDFA : EDFA + WDM

Étant donné que l’amplificateur EDFA présente de nombreux avantages comme mentionné ci-dessus, il a été largement utilisé dans de nombreuses applications comme suit :

Applications EDFA :

• Système WDM

• Communication par solitons optiques

• Réseau de distribution 

Ces dernières années, l’association de la technologie WDM ((Wavelength Division Multiplexing)) et de l’amplificateur EDFA est devenue la norme dans les systèmes de communication par fibre optique à haut débit et de grande capacité. D’après la structure générale du système WDM ci-dessous, nous pouvons voir que les longueurs d’onde transmises dans la fibre optique ont augmenté de nombreuses fois grâce à l’association de la technologie WDM et de l’amplificateur optique.

Structure du système WDM

L'amplificateur à fibre EDFA utilisé dans le système WDM sert principalement à compenser la perte de transmission de la fibre. Les amplificateurs EDFA peuvent être divisés en trois types selon leurs différents emplacements et fonctions dans les systèmes WDM :

1. Amplificateur booster. Situé derrière le multiplexeur, il est utilisé pour augmenter la puissance de plusieurs signaux de longueur d’onde après le multiplexage. Une puissance de sortie élevée est requise.

2. Amplificateur de ligne: situé derrière l’amplificateur booster, il est utilisé pour compenser périodiquement la perte de transmission. Un faible facteur de bruit et une puissance de sortie élevée sont requis.

3. Préamplificateur: Situé avant le démultiplexeur et après l’amplificateur de ligne, il est utilisé pour amplifier les signaux et augmenter la sensibilité de réception du récepteur. Un indice de bruit très faible est requis.

Conclusion

L’amplificateur optique, en particulier l’EDFA, est un contributeur important au système de communication optique. L’EDFA fonctionne à une longueur d’onde de 1550nm. L’amplificateur EDFA commercial présente les avantages d’un faible indice de bruit, d’une bonne courbe de gain, d’une large bande passante d’amplification, d’une compatibilité avec le système de multiplexage par répartition en longueur d’onde (WDM), d’une efficacité de pompage élevée et de performances stables. Il est privilégié dans les systèmes modernes de communication optique longue distance et à haut débit. À l’heure actuelle, "EDFA+DWDM" devient la principale solution technique pour la transmission internationale longue distance et à haut débit par fibre optique.

QSFPTEK fournit l’amplificateur booster et le préamplificateur, caractérisés par des performances à faible bruit et à gain aplati, visant à étendre de manière rentable le budget de puissance de la liaison optique pour créer des solutions DWDM longue distance. N’hésitez pas à nous consulter via [email protected].