Tutto quello che dovresti sapere su EDFA

Che cos'è un amplificatore ottico?

L'amplificatore ottico viene utilizzato per fornire guadagno ai segnali ottici. Il nucleo dell'amplificatore ottico è il mezzo di guadagno. L'amplificatore in fibra ottica viene pompato per realizzare l'inversione di popolazione e il guadagno. Il guadagno è generalmente associato al mezzo di guadagno, alla sorgente di pompaggio e al segnale di ingresso. La funzione della sorgente di pompaggio è rendere attivo il mezzo di guadagno per produrre l'inversione di popolazione. E il segnale genera emissione stimolata attraverso il mezzo di guadagno attivato per realizzare infine l'amplificazione. Una struttura di base di un amplificatore ottico è mostrata di seguito:

Struttura di base dell'amplificatore ottico

I tipi tipici di amplificatori ottici includono i tre tipi seguenti.

Tipi di amplificatore ottico

• Amplificatore ottico a semiconduttore(SOA)

• Amplificatore in fibra drogata con erbio(EDFA)

• Amplificatore in fibra Raman(RFA). 

L'amplificatore ottico apporta un salto qualitativo alla tecnologia di comunicazione in fibra ottica. Con la rapida applicazione commerciale degli amplificatori ottici, la tecnologia WDM ha raggiunto un'elevata maturità. La combinazione dell'amplificatore ottico e della tecnologia WDM può realizzare in modo flessibile e conveniente l'espansione della capacità del sistema di comunicazione ottica senza costi elevati. 

L'amplificatore EDFA è oggi il tipo più ampiamente commercializzato grazie alle sue eccellenti prestazioni, ma presenta anche limitazioni, come la sua larghezza di banda ridotta che limita la ricerca da parte delle persone di un'elevata banda larga e dell'amplificazione completamente ottica. Pertanto, anche gli amplificatori RFA, in quanto amplificatori completamente ottici, sono considerati potenziali in futuro. Successivamente, questo articolo fornirà un'introduzione dettagliata all'amplificatore EDFA più commercializzato.

Che cos'è un EDFA?

Come accennato sopra, EDFA è un tipo di amplificatore ottico, acronimo di Erbium-Doped Fiber Amplifier. L'amplificatore EDFA è una delle più grandi invenzioni nella comunicazione in fibra ottica, che aumenta notevolmente la capacità della comunicazione in fibra ottica. EDFA viene tipicamente utilizzato nei sistemi di comunicazione in fibra ottica a lunga distanza per realizzare l'amplificazione ottica e ridurre l'attenuazione ottica.

Struttura EDFA

La figura seguente mostra la struttura di base di EDFA.

Diagramma della struttura EDFA

Un tipico EDFA amplificatore è costituito principalmente dai seguenti componenti:

• Fibra drogata con erbio: Nucleo dell'EDFA. È realizzato drogando l'elemento delle terre rare Erbio nella fibra ottica di quarzo. 

• Laser di pompaggio: Utilizzato per aumentare l'energia per l'erbio. È dimostrato che la lunghezza d'onda di 1480nm funziona meglio, seguita dalla lunghezza d'onda di 980nm.

• Isolatore: Utilizzato per impedire alle luci ottiche di riflettersi e garantire che l'amplificatore ottico funzioni stabilmente.

• Accoppiatore: Utilizzato per accoppiare luci ottiche e luci di pompa nella fibra drogata con erbio.

• Filtro ottico: Filtro ottico passa-banda stretto con larghezza di banda entro 1nm. Utilizzato per eliminare la luce di emissione spontanea dell'EDFA amplificatore per ridurre il rumore dell'EDFA.

Come funziona l'amplificatore in fibra EDFA

Un EDFA è composto principalmente dalla fibra drogata con erbio (10~30 meters) e dal laser di pompaggio (lunghezza d'onda di 980nm o 1480nm). Dopo essere stata stimolata dal laser di pompaggio, la fibra drogata con erbio passa a uno stato metastabile altamente eccitato e genera emissione stimolata, in modo da amplificare i segnali ottici in ingresso. In genere, un EDFA può ottenere un guadagno di 15-40dB e la distanza di relay può estendersi oltre 100km.

Domande su EDFA che potrebbero interessarti

1. Perché l'amplificatore in fibra drogata con Er è il più utilizzato? Quali ioni delle terre rare possono essere utilizzati anche nell'ottico amplificatore tranne Erbium?

Oltre all'amplificatore in fibra drogata con Er, esistono anche amplificatori in fibra drogata con Pr e con Tm.

• EDFA (amplificatore in fibra drogata con erbio) Funziona alla lunghezza d'onda di 1550nm.

• PDFA (amplificatore in fibra drogata con Pr) Funziona alla lunghezza d'onda di 1300nm.

• TDFA (amplificatore in fibra drogata con Tm) funziona alla lunghezza d'onda di 1400nm.

La lunghezza d'onda operativa dell'EDFA corrisponde esattamente alla finestra di minima perdita della comunicazione ottica, che è uno dei motivi per cui l'EDFA è ampiamente utilizzato.

2. Perché 980nm e 1480nm vengono scelti come sorgente di pompaggio?

Le lunghezze d'onda della sorgente possono essere 520nm, 650nm, 980nm e 1480nm, ma la pratica ha dimostrato che l'efficienza di pompa di 980nm e 1480nm è superiore alle altre. L'efficienza di pompa dell'EDFA pompato a 1480nm è superiore a quella a 980nm. Tuttavia, la sorgente di pompa a 980nm ha una figura di rumore inferiore, quindi se hai bisogno di migliori prestazioni di rumore, 980nm è più consigliato.

Vantaggi di EDFA 

L'amplificatore EDFA è l'amplificatore ottico più utilizzato, che presenta numerosi vantaggi come segue:

• Funziona nella finestra di minima perdita della comunicazione ottica. EDFA funziona alla lunghezza d'onda di 1550nm, che corrisponde esattamente alla finestra di minima attenuazione della fibra monomodale.

• Alta efficienza di accoppiamento. La perdita di accoppiamento dell'EDFA e della fibra di trasmissione è molto bassa, persino inferiore a 0.1dB.

• Bassa figura di rumore. 4~7dB.

• Alto guadagno. 20~40dB

• Elevata potenza di uscita: il pompaggio bidirezionale può raggiungere fino a 20dBm.

• Ampia larghezza di banda di frequenza. La larghezza di banda di frequenza di 20~40nm a 1550nm supporta l'amplificazione simultanea di segnali multipercorso.

• Bassa potenza della pompa richiesta. Solo circa 10mW.

• Struttura interamente in fibra. Pienamente compatibile con il sistema di comunicazione in fibra ottica.

• Elevata stabilità. Il guadagno dell'EDFA è insensibile alla temperatura e indipendente dalla polarizzazione.

Applicazione EDFA: EDFA + WDM

Poiché l'amplificatore EDFA presenta molti vantaggi come menzionato sopra, è stato ampiamente utilizzato in molte applicazioni come segue:

Applicazioni EDFA:

• Sistema WDM

• Comunicazione ottica a solitoni

• Rete di distribuzione 

Negli ultimi anni, la combinazione della tecnologia WDM ((Wavelength Division Multiplexing)) e dell'amplificatore EDFA è diventata lo standard dominante nei sistemi di comunicazione in fibra ottica ad alta velocità e grande capacità. Dalla struttura generale del sistema WDM riportata di seguito, possiamo vedere che le lunghezze d'onda trasmesse nella fibra ottica sono aumentate molte volte con la combinazione della tecnologia WDM e dell'amplificatore ottico.

Struttura del sistema WDM

L'amplificatore in fibra EDFA utilizzato nel sistema WDM serve principalmente a compensare la perdita di trasmissione della fibra. Gli amplificatori EDFA possono essere suddivisi in tre tipi in base alle diverse posizioni e funzioni nei sistemi WDM:

1. Booster-Amplifier. Situato dietro il multiplexer, viene utilizzato per aumentare la potenza di più segnali a lunghezza d'onda dopo la multiplexazione. È richiesta un'elevata potenza di uscita.

2. Line-Amplifier: Situato dietro l'amplificatore booster, viene utilizzato per compensare periodicamente la perdita di trasmissione. Sono richiesti un basso indice di rumore e un'elevata potenza di uscita.

3. Pre-amplificatore: Situato prima del demultiplexer e dietro l'amplificatore di linea, viene utilizzato per amplificare i segnali e aumentare la sensibilità di ricezione del ricevitore. È richiesto un indice di rumore molto basso.

Conclusione

L'amplificatore ottico, in particolare EDFA, è un importante componente del sistema di comunicazione ottica. EDFA funziona alla lunghezza d'onda di 1550nm. L'amplificatore EDFA commerciale presenta i vantaggi di un basso indice di rumore, una buona curva di guadagno, un'ampia larghezza di banda di amplificazione, compatibilità con il sistema di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda (WDM), elevata efficienza di pompaggio e prestazioni stabili. È apprezzato nei moderni sistemi di comunicazione ottica a lunga distanza e ad alta velocità. Attualmente, "EDFA+DWDM" sta diventando la principale soluzione tecnica per la trasmissione internazionale di comunicazioni in fibra ottica a lunga distanza e ad alta velocità.

QSFPTEK fornisce l'amplificatore booster e il preamplificatore, caratterizzati da prestazioni a basso rumore e a guadagno appiattito, con l'obiettivo di estendere in modo conveniente il budget di potenza del collegamento ottico per realizzare soluzioni DWDM a lunga distanza. Benvenuti a consultare tramite [email protected].