EDFA
Gli amplificatori ottici sono la tecnologia fondamentale per le reti di comunicazione ottica, consentendo la trasmissione di molti terabit di dati su distanze da poche centinaia di chilometri a migliaia di chilometri superando la limitazione della perdita di fibre. Essendo il primo amplificatore ottico comunemente usato nei sistemi di comunicazione ottica, l'EDFA ha portato a un notevole aumento della capacità di trasmissione con l'impiego di sistemi WDM. Dotati delle caratteristiche di elevata potenza di uscita, alto guadagno, ampia larghezza di banda, indipendenza di polarizzazione e bassa rumorosità, gli EDFA sono diventati uno dei componenti chiave utilizzati nel sistema di comunicazione ottica di nuova generazione. Cos'è l'EDFA? Conosci il principio di funzionamento dell'EDFA?
Che cos'è EDFA?
L'amplificatore in fibra drogata con erbio (EDFA) è un dispositivo ripetitore ottico utilizzato per aumentare l'intensità dei segnali ottici trasportati attraverso un sistema di comunicazione in fibra ottica. Una fibra ottica è drogata con l'erbio di terre rare in modo che la fibra di vetro possa assorbire la luce ad una frequenza ed emettere luce ad un'altra frequenza.
Principio di funzionamento di EDFA
La fibra drogata con erbio (EDF) è al centro della tecnologia EDFA, che è una fibra di silice convenzionale drogata con Erbio. Quando l'Erbio è illuminato con energia luminosa a una lunghezza d'onda adeguata (980 nm o 1480 nm), è motivato a uno stato intermedio di lunga durata, quindi decade nello stato fondamentale emettendo luce all'interno della banda 1525-1565 nm . L'Erbio può essere pompato da 980 nm di luce, nel qual caso passa attraverso uno stato di breve durata instabile prima di decadere rapidamente in uno stato quasi stabile, o da 1480 nm di luce nel qual caso viene direttamente eccitato allo stato quasi stabile . Una volta nello stato quasi stabile, decade nello stato fondamentale emettendo luce nella banda 1525-1565 nm. Questo processo di decadimento può essere stimolato dalla luce preesistente, con conseguente amplificazione. Il principio di funzionamento di EDFA è mostrato nella Figura 1.
Figura 1: principio di funzionamento dell'EDFA.
Configurazione Baisc di EDFA
La configurazione EDFA è composta principalmente da un EDF, un laser della pompa e un componente (spesso indicato come WDM) per combinare il segnale e la lunghezza d'onda della pompa in modo che possano propagarsi simultaneamente attraverso l'EDF. In linea di principio, gli EDFA possono essere progettati in modo tale che l'energia della pompa si propaga nella stessa direzione del segnale (pompaggio in avanti), nella direzione opposta al segnale (pompaggio all'indietro) o in entrambe le direzioni insieme. L'energia della pompa può essere 980 nm di energia della pompa, 1480 nm di energia della pompa o una combinazione di entrambi. In pratica, la configurazione EDFA più comune è la configurazione di pompaggio in avanti che utilizza l'energia della pompa a 980 nm, come mostrato nella Figura 2.
Figura 2: la configurazione EDFA con energia della pompa 980 nm
Applicazione dell'EDFA
Dopo aver appreso cos'è l'EDFA e il principio di funzionamento dell'EDFA. Successivamente, discuteremo i moduli di domanda e i campi di domanda di EDFA.
Amplificatore booster
Quando viene utilizzato come amplificatore booster, EDFA viene distribuito nell'uscita di un trasmettitore ottico per migliorare la potenza di uscita del segnale a lunghezza d'onda multipla essendo stato multiplexato, come mostrato nella Figura 3. In questo modo, è possibile estendere le distanze di trasmissione della comunicazione ottica . Questo modulo di domanda richiede una potenza di uscita superiore su EDFA.
Figura 3: l'amplificatore booster
preamplificatore
Se utilizzato come preamplificatore, EDFA necessita delle caratteristiche di basso rumore e alto guadagno. Essendo dotato di queste funzionalità, EDFA può migliorare significativamente la sensibilità di un ricevitore ottico quando viene distribuito nell'ingresso di un ricevitore ottico, come mostrato nella Figura 4.
Figura 4: Il preamplificatore
Amplificatore di linea
Se utilizzato come amplificatore di linea, EDFA è in grado di compensare periodicamente la perdita di trasmissione delle linee. In sostituzione del ripetitore OEO, EDFA può amplificare direttamente i segnali ottici trasmessi in linea. In questo modo, risolviamo i problemi di collo di bottiglia dell'interscambio fotoelettrico per gettare le basi per la rete all-optical (AON). La Figura 5 mostra questa applicazione di EDFA.
Figura 5: l'amplificatore di linea
EDFA ha i seguenti campi di applicazione:
(1) L'EDFA può essere impiegato nel sistema di comunicazione ottica ad alta capacità e alta velocità. L'applicazione dell'EDFA è molto costruttiva per affrontare i problemi della bassa sensibilità dei ricevitori e delle brevi distanze di trasmissione a causa della mancanza del ripetitore OEO.
(2) L'EDFA può essere utilizzato nel sistema di comunicazione ottica a lungo raggio. Utilizzando EDFA, possiamo ridurre drasticamente i costi di costruzione aumentando la spaziatura del ripetitore per ridurre la quantità di ripetitori rigenerativi. Il sistema di comunicazione ottica a lungo raggio include principalmente il sistema di trasmissione ottica del tronco terrestre e il sistema di trasmissione via cavo in fibra ottica sottomarino.
(3) EDFA può essere utilizzato nel sistema di rete di accesso degli abbonati in fibra ottica. Se le distanze di trasmissione sono troppo lunghe, EDFA funzionerà come amplificatore di linea per compensare le perdite di trasmissione delle linee, aumentando così notevolmente il numero di abbonati.
(4) L'EDFA può essere impiegato nel sistema multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM), in particolare il sistema multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (DWDM). L'utilizzo dell'EDFA nel sistema WDM è in grado di risolvere i problemi di perdita di inserzione e ridurre le influenze della dispersione cromatica.
(5) L'EDFA può essere utilizzato nel sistema televisivo con antenna comunitaria (CATV). Nel sistema CATV, EDFA funziona come amplificatore booster per migliorare notevolmente la potenza di ingresso di un trasmettitore ottico. L'utilizzo dell'EDFA per compensare la perdita di inserzione dei divisori di potenza ottica può aumentare significativamente la portata della rete di distribuzione e aumentare il numero di abbonati.
Conclusione
Da quanto sopra, abbiamo una buona conoscenza dell'EDFA, incluso il principio di funzionamento dell'EDFA e la sua applicazione. Delle varie tecnologie disponibili per gli amplificatori ottici, la tecnologia EDFA è di gran lunga la più avanzata. Oggi EDFA è ampiamente presente nelle reti di comunicazione in fibra ottica. Man mano che le tecnologie di comunicazione continuano a essere sviluppate, l'EDFA diventerà la scelta preferita per i futuri amplificatori ottici. Essendo dotato delle funzionalità di guadagno piatto su un ampio intervallo di guadagno dinamico, bassa rumorosità, elevata potenza di uscita in saturazione e funzionamento stabile con eccellente soppressione dei transitori, EDFA svolgerà un ruolo sempre più importante nel sistema di comunicazione ottica per servire meglio gli abbonati.
