EDFA ( engelska Erbium Doped Fiber Amplifier ) är en fiberoptisk förstärkare baserad på optisk fiber dopad med erbiumjoner .
Den används i fiberoptiska transmissionslinjer för att återställa nivån på den optiska signalen . Fördelen med erbiumförstärkare är frånvaron av omvandling till en elektrisk signal, möjligheten till samtidig förstärkning av signaler med olika våglängder , vilket gör det möjligt att förstärka en spektralt multiplexerad signal , nästan exakt överensstämmelse med driftsområdet för erbiumförstärkare till regionen av minimala optiska förluster av optiska fibrer baserade på kvartsglas , en relativt låg ljudnivå och enkel inkludering i ett fiberoptiskt system.
Jämfört med andra typer av optiska förstärkare (Raman och halvledare) är EDFA den mest använda [1] .
En relativt kraftfull ljusstråle, kallad pumpstrålning, blandas med insignalen som ska förstärkas med hjälp av en våglängdsselektiv kopplare. Insignalen och pumpstrålen har signifikant olika våglängder.
Det blandade ljuset kommer in i området av fibern dopad med erbiumjoner. Pumpstrålning absorberas av erbiumjoner och överför deras yttre (optiska) elektroner till exciterade tillstånd, det vill säga det finns en process för ökning (ackumulering) av energi i systemet på grund av energin från pumpstrålningsfotoner . Således skapas en omvänd population av erbiumenerginivåer i systemet. När en foton av en användbar (förstärkt) signal kommer in i systemet, tvingar den, i samverkan med en exciterad erbiumatom, den att utstråla den lagrade energin i form av ett extra strålningskvantum, vars frekvens och fas är identiska med egenskaperna. av den ursprungliga fotonen för den användbara signalen. Det vill säga, från en initial foton, efter processen med stimulerad emission, erhålls två, och själva processen med stimulerad emission kan jämföras med processen för lavinliknande multiplikation, eftersom i varje elementär handling av stimulerad emission, två fotoner är erhålls med samma egenskaper: energi, fas, polarisation och utbredningsriktning, då finns det koherenta fotoner.
Som ett resultat visar det sig att antalet fotoner av en användbar (ingångs)signal som passerar genom ett medium med en omvänd population ökar i proportion till antalet handlingar av stimulerad emission, och eftersom alla sekundära fotoner är koherenta är deras helhet en elektromagnetisk våg som skiljer sig från den elektromagnetiska vågen av ingångssignalen endast genom en större intensitet, medan erbiumatomerna, efter att ha gett upp den lagrade energin under stimulerad emission, återgår till marken, oexciterat tillstånd, och kan återigen överföras till det exciterade tillståndet vid absorption av pumpstrålningsfotoner.
Miljön med invers population är en av huvuddelarna i fiberförstärkaren, en annan nödvändig del är det optiska återkopplingssystemet, som på grund av reflektion returnerar en del av strålningen tillbaka och därigenom skapar förstärkning. Övergången till lasergenereringsläget förvandlar förstärkaren till en laser och förstör helt strukturen av ingångssignalen, vilket förhindrar korrekt förstärkning, därför försöker de bli av med den positiva optiska återkopplingen genom att introducera optiska "isolatorer" i systemet i systemet. de platser där återkoppling på grund av reflektion kan uppträda: till exempel vid förstärkarens utgång, vid anslutningspunkten till den optiska fiberns förstärkare, vilket är det gränssnitt vid vilket reflektion uppstår på grund av optisk inhomogenitet.
Den huvudsakliga bruskällan i DFA är förstärkt spontan emission (ASE), som har ett spektrum som är ungefär detsamma som förstärkarens förstärkningsspektrum. Brustalet i en idealisk DFA är 3 dB, medan i praktiska förstärkare kan brustalet vara så högt som 6–8 dB.
För närvarande används EDFA-förstärkare baserade på kisel och fluor-zirkonat i stor utsträckning. Båda typerna används över hela arbetsområdet för erbium (1530–1560 nm).
Ett av problemen med kiselbaserade EDFA är det ganska starka beroendet av förstärkningen på våglängden, vilket gör det svårt att använda dem i DWDM- system (olika SNR uppnås på olika DWDM-kanaler). För sådana EDFA används pumpning vid en våglängd av 980 nm.
Fluor-zirkonatbaserade EDFA innehåller mer erbium, men har en högre ljudnivå på grund av användningen av en 1480 nm pumplaser.