1550nm zosilňovač vlákien EDFA: Kľúčové technológie a budúci vývoj optickej komunikačnej siete

V moderných optických komunikačných systémoch, s cieľom prekonať problém útlmu optických signálov pri prenose na veľké vzdialenosti, sa používanie optických zosilňovačov stalo hlavnou technológiou. Medzi nimi je najbežnejšia a najčastejšie používaná EDFA (EDFA (zosilňovač vlákniny dopovaných ERBIUM). Pretože vlnová dĺžka 1550nm je v okne s nízkou stratou komunikácie optických vlákien, technológia EDFA môže výrazne zvýšiť vzdialenosť prenosu signálu a stať sa kľúčovým zariadením v optických komunikačných sieťach.
EDFA je optický zosilňovač založený na vlákne dopovaných Erbium (EDF). Jej hlavným pracovným princípom je vzrušenie Erbium-dopovaných iónov cez lasery čerpadla, aby sa zosilnili vstupné optické signály v rozsahu vlnových dĺžok 1550nm. Konkrétny proces je nasledujúci:
Vzrušovanie čerpadla: EDFA zvyčajne používa na zabezpečenie energie laser čerpadla 980 Nm alebo 1480nm.
Prechod na úrovni energie: Svetlo čerpadla vzrušuje ióny dopované Erbium, čo spôsobuje, že prechádzajú z základného stavu na vysokú energetickú úroveň a zostávajú v vzrušenom stave.
Stimulovaná amplifikácia žiarenia: Keď vstupné signálne svetlo 1550nm prechádza vláknom dotkovaným ERBIUM, excitované ióny dotkované ERBIUM budú emitovať fotóny stimulovaným žiarením, čím sa zvýši intenzita signálneho svetla a dosiahne amplifikáciu optického signálu.
Tento mechanizmus optickej zosilnenia EDFA nevyžaduje, aby sa signál premieňal na elektrický signál, takže má výhody vysokého zisku, nízkeho šumu a širokopásmového zosilnenia a je veľmi vhodný pre veľké kapacitné optické komunikačné systémy.
Vysoký zisk a vysoký nasýtený výstupný výkon
EDFA poskytuje vysoký zisk v rozsahu vlnových dĺžok 1550nm (zvyčajne do 20-40dB), čo môže účinne kompenzovať stratu pri prenose optických vlákien na dlhé vzdialenosti.
Výstupný výkon môže zvyčajne dosiahnuť 10 dBm až 30 dBm, čo je vhodné pre rôzne aplikácie optickej siete.
Obrázok s nízkym hlukom (NF)
V dôsledku stimulovaných emisných charakteristík iónov dopovaných ERBIUM má EDFA hodnotu s nízkym šumom (typická hodnota je asi 4,5-6 dB), čo pomáha udržiavať kvalitu optických signálov.
Zosilnenie širokopásmového pripojenia
Zisk šírky pásma 1550nm optický zosilňovač EDFA môže zvyčajne pokrývať 1530nm-1565nm (C pásom) alebo 1570nm-1605nm (1 pásmo L), čo je vhodný pre systém multiplexovania WDM (vlnové delenie divízie) na dosiahnutie súčasnej amplifikácie signálov s viacerými vlnovými dĺžkami.
All-Optical Amplification, nie je potrebná žiadna fotoelektrická konverzia
EDFA môže priamo zosilňovať optické signály bez toho, aby ich premieňala na elektrické signály a remodulovala ich, znížila komplexnosť systému a spotrebu energie a zlepšila účinnosť prenosu.

Vysoká spoľahlivosť a nízke náklady na údržbu
Pretože EDFA používa optické vlákno ako ziskové médium a vo vnútri nemá komplexné komponenty elektronickej zosilnenia, má dlhú životnosť a vysokú stabilitu a široko sa používa v komunikačných systémoch optických vlákien na dlhé vzdialenosti.
1. Komunikácia s optickými vláknami na veľké vzdialenosti
V komunikačných systémoch optických vlákien sa signály zoslabujú v dôsledku straty optických vlákien počas prenosu. EDFA sa dá použiť ako zosilňovač relé v kmeňovej čiare vlákna, čo umožňuje prenos signálu stovky alebo dokonca tisíce kilometrov bez straty a je široko používaný v:
Siete chrbtice
Network Metropolitan Area Network (MAN) a široká oblasť siete (WAN)
Komunikačný systém podmorského kábla
2. DWDM (multiplexovanie hustého vlnového dĺžky)
Technológia DWDM (technológia multiplexovania hustého vlnového dĺžky) umožňuje prenos viacerých vlnových dĺžok v rovnakom optickom vlákne, čím sa zlepšuje rýchlosť využitia optického vlákna. EDFA môže súčasne zosilniť viac signálov vlnovej dĺžky v pásme C alebo L a je základným zariadením v systéme DWDM.
3. CATV (káblová TV) prevodovka vlákien
V sieťach Fiber-the-the-Home (FTTH) a káblovej televízii (CATV) sa používa 1550nm EDFA na zosilnenie distribúcie signálu na podporu viacerých používateľských terminálov na prijímanie vysoko kvalitných signálov videa, zvuku a dát.
4. Lidar a optické snímanie vlákien
EDFA sa používa aj v systémoch snímania optických vlákien LIDAR a Fiber, aby poskytovala výkonné schopnosti optickej amplifikácie na detekciu na dlhé vzdialenosti a meranie vysokej presnosti.
S nepretržitým vývojom optickej komunikačnej technológie sa 1550nm EDFA vyvíja smerom k vyššej výkonnosti, nižšej spotrebe energie a inteligentnejšiemu smeru:
Efektívnejšia technológia čerpania
Na zlepšenie účinnosti zosilnenia a zníženie spotreby energie využite vyšší výkon 980nm čerpadla.
V kombinácii s pokročilým algoritmom správy pumpy je možné dosiahnuť presnejšie riadenie výkonu.
Schopnosť širokopásmového pásma
V budúcnosti spoločnosť EDFA ďalej rozšíri šírku pásma zisku, aby podporila väčšie kapacitné systémy DWDM a zlepšila priepustnosť komunikácie s optickými vláknami.
Integrácia a miniaturizácia
Kombináciou s optoelektronickým integrovaným ChIP (PIC) je vyvinutá kompaktnejšia a integrovanejšia EDFA tak, aby vyhovovala potrebám dátových centier a optických sietí novej generácie.
Inteligentné riadenie a diaľkové monitorovanie
Prijmite AI a inteligentný monitorovací systém s cieľom realizovať reguláciu energie v reálnom čase a diagnostiku porúch a zlepšiť efektívnosť prevádzky siete.
Ako základné vybavenie v optickom komunikačnom systéme hrá 1550 NM zosilňovač vlákien EDFA dôležitú úlohu v komunikácii s optickými vláknami na dlhé vzdialenosti, systém DWDM, sieť CATV a snímanie optických vlákien s charakteristikami vysokého zisku, nízkych šumových a širokopásmových amplifikačných charakteristík. Keďže dopyt po optickej komunikácii neustále rastie, vyvíja sa aj technológia EDFA. V budúcnosti sa bude vyvíjať smerom k väčšej efektívnosti, inteligencii a integrácii a poskytne silnú podporu pre rozvoj globálnych optických sietí.