Волоконно-оптический усилитель является компонентом оптического усилителя, который непосредственно усиливает оптический сигнал с помощью волоконно-оптической системы связи. В системе связи, использующей оптическое волокно, нет необходимости преобразовывать оптический сигнал в электрический сигнал и непосредственно усиливать оптический сигнал.

Волоконный усилитель на основе эрбия (EDFA - это усилитель оптического сигнала, в состав которого входит ядро ​​эрбия Er3 +). Это был первый оптический усилитель, разработанный Саутгемптонским университетом в 1985 году. Это самая мощная оптоволоконная связь. Одно из изобретений.

Волокно, легированное эрбием, представляет собой волокно, в котором небольшое количество ионов эрбия (Er) из редкоземельных элементов легировано в кварцевое волокно, которое является сердцевиной усилителя, легированного эрбием. С конца 1980-х годов исследования в области волоконно-волоконных усилителей на основе эрбия продолжали делать большие прорывы. Технология WDM значительно увеличивает пропускную способность волоконно-оптической связи. Он стал наиболее широко используемым компонентом оптического усилителя в оптоволоконной связи.

Термин: эрбиевый волоконный усилитель

Общий псевдоним: Усилитель на основе волокон, легированных эрбием; Эрбиевый волоконный усилитель

Аббревиатура: EDFA

Происхождение: Er-допированный волоконный усилитель

Родственные термины: Оптический усилитель

Кварцевое волокно легируется редкоземельными элементами (такими как Nd, Er, Pr, Tm и т. Д.), Образуя многоуровневую лазерную систему, которая непосредственно усиливает свет входного сигнала под действием света накачки. Подходящий волоконный лазер предоставляется после обеспечения соответствующей обратной связи. Рабочая длина волны волоконно-оптического усилителя на основе Nd составляет 1060 нм и 1330 нм. Из-за отклонения от оптимального порта оптоволоконной связи и других причин его разработка и применение ограничены. Рабочие длины волн EDFA и PDFA находятся соответственно в окне с наименьшими потерями (1550 нм) и на длине волны с нулевой дисперсией (1300 нм) волоконно-оптической связи, а TDFA работает в S-диапазоне, что очень удобно для применений систем волоконной связи. В частности, EDFA развивалась наиболее быстро и была внедрена в практику.

На основе разработки волокна, легированного эрбием, появилось много новых волоконных усилителей. Например, двухдиапазонный волоконный усилитель (DBFA) на основе волокна, легированного эрбием, является широкополосным оптическим усилителем, который может охватывать практически все мультиплексирование с разделением по длине волны. (WDM) пропускная способность. Аналогичным продуктом является сверхширокополосный оптический усилитель (UWOA), который имеет оверлейную полосу пропускания, которая усиливает до 100 длин волн каналов в одном волокне.

Принцип ЭДФА

Базовая структура ЭДФА показана на рисунке 1 (а). Он состоит в основном из активной среды (купированное кварцевое волокно длиной несколько десятков метров, диаметр сердечника 3-5 микрон, концентрация легирования (25-1000) х10-6). , источник накачки (990 или 1480 нм LD), оптопара и оптический изолятор. Сигнальный свет и свет накачки могут распространяться в одном и том же направлении (насос одинакового направления), в противоположном направлении (обратная накачка) или в обоих направлениях (двунаправленная накачка) в гелиевом волокне. Когда сигнальный свет и свет накачки одновременно инжектируются в волокно, ион эрбия возбуждается до высокого энергетического уровня под действием света накачки (рис. 1 (b), трехуровневая система) и быстро затухает до метастабильного уровня. Когда падающий световой сигнал возвращается в основное состояние, излучается фотон, соответствующий сигнальному свету, и сигнал усиливается. На рисунке 1 (с) показан его спектр усиленного спонтанного излучения (ASE) с большой шириной полосы (до 20-40 нм) и двумя пиками, соответствующими 1530 нм и 1550 нм соответственно.

Основными преимуществами EDFA являются высокий коэффициент усиления, большая полоса пропускания, высокая выходная мощность, высокая эффективность накачки, низкие вносимые потери и нечувствительность к поляризации.

Для волоконно-оптических усилителей на основе эрбия в системах CATV см .: «Кабельный усилитель сигнала на кабеле 1550 нм (EDFA)»