EDFA ( englanniksi Erbium Doped Fiber Amplifier ) on kuituoptinen vahvistin , joka perustuu erbium - ioneilla seostettuun optiseen kuituun .
Sitä käytetään kuituoptisissa siirtolinjoissa palauttamaan optisen signaalin taso . Erbiumvahvistimien etuna on muunnoksen puuttuminen sähkösignaaliksi , mahdollisuus vahvistaa samanaikaisesti eri aallonpituuksilla olevia signaaleja , mikä mahdollistaa spektraalisesti multipleksoidun signaalin vahvistamisen, erbiumvahvistimien toiminta- alueen lähes tarkka vastaavuus alueelle kvartsilasiin perustuvien optisten kuitujen vähimmäisoptiset häviöt , suhteellisen alhainen melutaso ja helppo sisällyttää kuituoptiseen järjestelmään.
Verrattuna muihin optisiin vahvistimiin (Raman ja puolijohde), EDFA on yleisimmin käytetty [1] .
Suhteellisen voimakas valonsäde, jota kutsutaan pumppusäteilyksi, sekoitetaan vahvistettavaan tulosignaaliin käyttämällä aallonpituusselektiivistä kytkintä. Tulosignaalilla ja pumpun säteellä on merkittävästi erilaiset aallonpituudet.
Sekavalo tulee erbium-ioneilla seostetun kuidun alueelle. Erbium-ionit absorboivat pumpun säteilyä ja siirtävät ulommat (optiset) elektroninsa virittyneisiin tiloihin, eli järjestelmässä tapahtuu energian kasvu (kertymä) pumppusäteilyn fotonien energian vuoksi . Siten järjestelmässä luodaan erbiumin energiatasojen käänteinen populaatio. Kun hyödyllisen (vahvistetun) signaalin fotoni tulee järjestelmään, se vuorovaikutuksessa virittyneen erbiumatomin kanssa pakottaa sen säteilemään varastoitua energiaa lisäsäteilykvantin muodossa, jonka taajuus ja vaihe ovat identtiset ominaisuuksien kanssa. hyödyllisen signaalin alkuperäisestä fotonista. Toisin sanoen yhdestä alkuperäisestä fotonista saadaan stimuloidun emission prosessin jälkeen kaksi, ja itse stimuloidun emission prosessia voidaan verrata lumivyöryn kaltaiseen lisääntymisprosessiin, koska jokaisessa stimuloidun emission elementaarisessa toimenpiteessä kaksi fotonia on saadaan samoilla ominaisuuksilla: energia, vaihe, polarisaatio ja etenemissuunta, niin on olemassa koherentteja fotoneja.
Tämän seurauksena käy ilmi, että hyödyllisen (tulo)signaalin fotonien määrä, joka kulkee väliaineen, jolla on käänteispopulaatio, kasvaa suhteessa stimuloitujen emissiotoimien määrään, ja koska kaikki sekundääriset fotonit ovat koherentteja, niiden kokonaismäärä on sähkömagneettinen aalto, joka eroaa tulosignaalin sähkömagneettisesta aallosta vain suuremmalla intensiteetillä, kun taas erbiumatomit, jotka ovat luopuneet varastoidusta energiasta stimuloidun emission aikana, palaavat maahan, virittymättömään tilaan ja voivat siirtyä uudelleen virittyneeseen tilaan pumpun säteilyfotonien absorption jälkeen.
Käänteispopulaatioympäristö on yksi kuituvahvistimen pääosista, toinen välttämätön osa on optinen takaisinkytkentäjärjestelmä, joka heijastuksen johdosta palauttaa osan säteilystä takaisin ja siten synnyttää vahvistusta. Siirtyminen laserin generointitilaan muuttaa vahvistimen laseriksi ja tuhoaa täysin tulosignaalin rakenteen, mikä estää oikean vahvistuksen, joten he yrittävät päästä eroon positiivisesta optisesta takaisinkytkimestä asettamalla järjestelmään optisia "eristimiä" ne paikat, joissa heijastuksen aiheuttama takaisinkytkentä voi ilmaantua: esimerkiksi vahvistimen lähdössä, optisen kuidun vahvistimen liitäntäpisteessä, joka on rajapinta, jossa optisen epähomogeenisuuden vuoksi heijastus tapahtuu.
Pääasiallinen kohinan lähde DFA:ssa on amplified spontaneous emission (ASE), jonka spektri on suunnilleen sama kuin vahvistimen vahvistusspektri. Ihanteellisessa DFA:ssa kohinaluku on 3 dB, kun taas käytännön vahvistimissa kohinaluku voi olla jopa 6–8 dB.
Tällä hetkellä pii- ja fluori-zirkonaattipohjaisia EDFA-vahvistimia käytetään laajalti. Molempia tyyppejä käytetään koko erbiumin toiminta-alueella (1530–1560 nm).
Yksi piipohjaisten EDFA:iden ongelmista on vahvistuksen melko voimakas riippuvuus aallonpituudesta, mikä vaikeuttaa niiden käyttöä DWDM - järjestelmissä (eri DWDM-kanavilla saavutetaan eri SNR:t). Tällaisille EDFA:ille käytetään pumppausta aallonpituudella 980 nm.
Fluori-zirkonaattipohjaiset EDFA:t sisältävät enemmän erbiumia, mutta niiden melutaso on korkeampi 1480 nm:n pumppulaserin käytön ansiosta.