Hogyan javítja a jelteljesítményt egy 1550 nm-es EDFA optikai erősítő?

Miért fontos az 1550 nm-es hullámhossz az optikai erősítéshez?

Az 1550 nm-es EDFA vagy erbiummal adalékolt szálerősítő közvetlenül a fénytartományon belül erősíti az optikai jeleket anélkül, hogy azokat először elektromos jelekké alakítaná. Ezt a hullámhossz-tartományt választották a nagy távolságú szálas kommunikáció ipari szabványának, mivel ez felel meg a szabványos egymódusú szál legalacsonyabb csillapítási ablakának, ami azt jelenti, hogy a jelek a legkevesebb természetes veszteséget szenvedik el, amikor üvegszálon haladnak át. Az erősítő ezen a meghatározott hullámhosszon történő működtetése lehetővé teszi a hálózatüzemeltetők számára, hogy jelentősen meghosszabbítsák az átviteli távolságokat anélkül, hogy a jelet minden továbbítási ponton elektronikusan újra kellene generálniuk, ami csökkenti a költségeket és a jelfeldolgozási késleltetést.

Mivel az erbium ionok energiaátmenete természetes módon igazodik az 1550 nm-es ablakhoz, az EDFA technológia a távközlés, a kábeltelevíziós elosztás és az adatközpontok összekapcsolásának domináns erősítési módszerévé vált. Annak megértése, hogy miért ezt a hullámhosszt választották, segít tisztázni, hogy az EDFA-k miért maradnak központi szerepet a modern üvegszálas hálózatokban, még akkor is, amikor újabb erősítési technológiák jelentek meg más hullámhossz-sávokhoz.

Hogyan erősíti fizikailag az EDFA a fényt

Belül a 1550 nm EDFA erbium ionokkal adalékolt optikai szál hosszúsága szolgál aktív amplifikációs közegként. Egy tipikusan 980 nm-en vagy 1480 nm-en működő pumpás lézer energiát fecskendez ebbe az adalékolt szálba, és az erbium ionokat magasabb energiájú állapotba gerjeszti. Amikor a bejövő 1550 nm-es jel áthalad ezen a gerjesztett szálon, az arra készteti a gerjesztett ionokat, hogy az eredeti jellel azonos hullámhosszon és fázisban további fotonokként felszabadítsák a tárolt energiájukat, hatékonyan megsokszorozva a jel erősségét anélkül, hogy az adattartalma megváltozna.

Ez a stimulált emisszió néven ismert folyamat ugyanaz az alapelv a lézeres működés mögött, bár itt inkább egy meglévő jel erősítésére alkalmazzák, nem pedig újat. A leválasztókat jellemzően az erősítő bemenetére és kimenetére helyezik el, hogy megakadályozzák a visszavert fény megzavarását az erősítési folyamatban, míg az erősítést kiegyenlítő szűrők gondoskodnak arról, hogy a jelsávon belül minden hullámhossz egyenletesen erősödjön, ami különösen fontos a több hullámhosszt egyidejűleg hordozó rendszerekben.

Kulcsfontosságú belső alkatrészek

• Erbiummal adalékolt szál: az aktív közeg, amely felerősíti a jelet
• Szivattyúlézer: energiát szolgáltat az erbium ionok gerjesztéséhez
• Izolátorok: megakadályozzák, hogy a visszavert fény megzavarja az erősítést
• Erősítéssimító szűrők: egyenletes erősítést biztosítanak a hullámhosszokon

Az EDFA kiválasztása előtt értékelendő legfontosabb jellemzők

A decibelben mért erősítés azt jelzi, hogy az erősítő mennyivel növeli a jelerősséget, és ez az egyik első olyan specifikáció, amelyet a hálózati követelményeknek megfelelően ellenőriznek. A nagyobb erősítési érték lehetővé teszi az erősítő számára, hogy kompenzálja a hosszabb optikai szálakat vagy további felosztási veszteségeket a hálózatban, de a megfelelő kezelés nélküli túlzott erősítés zajt vagy torzítást okozhat a jelben. A zajadat ugyanilyen fontos specifikáció, mivel azt méri, hogy az erősítő mennyi további zajt kelt az erősítési folyamat során; az alacsonyabb zajszint tisztább felerősített jelet jelez, ami nagyon fontos azoknál a rendszereknél, amelyek nagyon nagy távolságra gyenge jeleket hordoznak.

A gyakran dBm-ben feltüntetett kimeneti teljesítmény határozza meg, hogy milyen erős lesz az erősített jel, amikor elhagyja az egységet, ami közvetlenül befolyásolja, hogy a jel milyen messzire tud eljutni, mielőtt további erősítést vagy regenerálást igényelne. A vásárlóknak ellenőrizniük kell azt is, hogy az erősítő milyen bemeneti teljesítménytartományt tud kezelni, mivel a megadott tartománynál gyengébb vagy erősebb jelek nem feltétlenül erősítenek megfelelően, ami torzításhoz vagy elégtelen erősítéshez vezethet.

Általános EDFA-specifikációk és hatásuk

Az EDFA elhelyezés és a hálózati tervezés összehangolása

Az EDFA hálózaton belüli elhelyezése befolyásolja, hogy az adott alkalmazáshoz mely specifikációk számítanak leginkább. A közvetlenül az adó után elhelyezett booster erősítőnek nagy kimeneti teljesítményre van szüksége ahhoz, hogy megerősítse a jelet, mielőtt megkezdené az útját a szálon keresztül. A hosszú szálhosszon időközönként elhelyezett soros erősítőnek kiegyensúlyozott erősítésre és alacsony zajszintre van szüksége, hogy kompenzálja a felhalmozott jelveszteséget anélkül, hogy jelentős többletzajt okozna. A közvetlenül a vevő előtt elhelyezett előerősítő mindenekelőtt az alacsony zajszintet részesíti előnyben, mivel felerősíti az amúgy is legyengült jelet, és ebben a szakaszban bármilyen hozzáadott zaj közvetlenül befolyásolja a vevő képességét az adatok pontos értelmezésére.

A hálózattervezők általában feltérképezik a várható jelveszteséget a teljes üvegszálas útvonalon, figyelembe véve az optikai szálak csillapítását, a csatlakozók veszteségeit és az olyan berendezésekből származó felosztási veszteségeket, mint az elosztók vagy multiplexerek, mielőtt meghatároznák, hány erősítőre van szükség, és hová kell azokat elhelyezni. Ez a tervezési lépés megakadályozza mind az alulerősítést, amely a jel romlásához vezet, mind a túlerősítést, amely torzítást vagy szükségtelen költségeket okozhat.

Megbízható EDFA-teljesítmény fenntartása az idő múlásával

A szivattyúlézer leromlása az egyik leggyakoribb oka annak, hogy az EDFA teljesítménye fokozatosan csökken az évek során, mivel a pumpás lézer kimeneti teljesítménye természetesen csökken az életkorral és a használattal. Az erősítés és a kimenő teljesítmény időszakos figyelése, ahelyett, hogy határozatlan ideig állandó teljesítményt feltételezne, lehetővé teszi a hálózatüzemeltetők számára, hogy felismerjék a fokozatos romlást, mielőtt az észrevehető jelminőségi problémákat okozna. A csatlakozófelületek tisztán és pormentesen tartása egy másik egyszerű, de gyakran figyelmen kívül hagyott karbantartási lépés, mivel a szálas csatlakozások szennyeződése olyan veszteséget okozhat, amely az erősítő leromlását utánozza, ami szükségtelen hibaelhárításhoz vagy idő előtti berendezéscseréhez vezethet.