Hoe verbetert een 1550 nm EDFA optische versterker de signaalprestaties?

Waarom de golflengte van 1550 nm belangrijk is voor optische versterking

Een 1550 nm EDFA, oftewel erbium-gedoteerde vezelversterker, versterkt optische signalen rechtstreeks binnen het lichtdomein, zonder ze eerst om te zetten in elektrische signalen. Dit golflengtebereik werd gekozen als de industriestandaard voor glasvezelcommunicatie over lange afstanden, omdat het overeenkomt met het laagste dempingsvenster in standaard single-mode glasvezel, wat betekent dat signalen de minste hoeveelheid natuurlijk verlies ervaren als ze door glasvezel reizen. Door een versterker op deze specifieke golflengte te gebruiken, kunnen netwerkoperators de transmissieafstanden aanzienlijk vergroten zonder dat het signaal op elk relaispunt elektronisch hoeft te worden geregenereerd, wat zowel de kosten als de signaalverwerkingsvertraging vermindert.

Omdat erbiumionen een energietransitie hebben die op natuurlijke wijze aansluit bij het 1550 nm-venster, werd EDFA-technologie de dominante versterkingsmethode voor telecommunicatie, kabeltelevisiedistributie en datacenterverbindingen. Als we begrijpen waarom voor deze golflengte is gekozen, wordt duidelijk waarom EDFA's centraal blijven staan ​​in moderne glasvezelnetwerken, ook al zijn er nieuwere versterkingstechnologieën opgekomen voor andere golflengtebanden.

Hoe een EDFA licht fysiek versterkt

Binnen een 1550nm-EDFA , dient een stuk optische vezel gedoteerd met erbiumionen als het actieve versterkingsmedium. Een pomplaser, die doorgaans werkt op 980 nm of 1480 nm, injecteert energie in deze gedoteerde vezel, waardoor de erbiumionen naar een hogere energietoestand worden gebracht. Wanneer het binnenkomende signaal van 1550 nm door deze aangeslagen vezel gaat, worden de aangeslagen ionen gestimuleerd om hun opgeslagen energie vrij te geven als extra fotonen met dezelfde golflengte en fase als het oorspronkelijke signaal, waardoor de sterkte van het signaal effectief wordt vermenigvuldigd zonder de gegevensinhoud te veranderen.

Dit proces, bekend als gestimuleerde emissie, is hetzelfde fundamentele principe achter laserwerking, hoewel het hier wordt toegepast om een ​​bestaand signaal te versterken in plaats van een nieuw signaal te genereren. Isolatoren worden doorgaans aan de ingang en uitgang van de versterker geplaatst om te voorkomen dat gereflecteerd licht het versterkingsproces verstoort, terwijl versterkingsafvlakkende filters ervoor zorgen dat alle golflengten binnen de signaalband gelijkmatig worden versterkt, wat vooral belangrijk is in systemen die meerdere golflengten tegelijkertijd dragen.

Belangrijke interne componenten

• Erbium-gedoteerde vezel: het actieve medium dat het signaal versterkt
• Pomplaser: levert energie om de erbiumionen te exciteren
• Isolatoren: voorkomen dat gereflecteerd licht de versterking verstoort
• Gain-flattening filters: zorgen voor een gelijkmatige versterking over alle golflengten

Belangrijke specificaties die u moet evalueren voordat u een EDFA kiest

Versterking, gemeten in decibel, geeft aan hoeveel de versterker de signaalsterkte verhoogt en is een van de eerste specificaties die wordt gecontroleerd aan de hand van netwerkvereisten. Met een hoger versterkingsgetal kan de versterker langere glasvezeltrajecten of extra splitsingsverliezen in het netwerk compenseren, maar overmatige versterking zonder goed beheer kan ruis of vervorming in het signaal introduceren. Het ruiscijfer is een even belangrijke specificatie, omdat het meet hoeveel extra ruis de versterker introduceert tijdens het versterkingsproces; een lager ruisgetal duidt op een schoner versterkt signaal, wat aanzienlijk van belang is in systemen die zwakke signalen over zeer lange afstanden transporteren.

Het uitgangsvermogen, vaak weergegeven in dBm, bepaalt hoe sterk het versterkte signaal zal zijn wanneer het de eenheid verlaat, wat rechtstreeks van invloed is op hoe ver het signaal kan reizen voordat extra versterking of regeneratie nodig is. Kopers moeten ook het bereik van het ingangsvermogen controleren dat de versterker aankan, aangezien signalen die zwakker of sterker aankomen dan het opgegeven bereik mogelijk niet correct worden versterkt, wat mogelijk kan leiden tot vervorming of onvoldoende versterking.

Gemeenschappelijke EDFA-specificaties en hun impact

EDFA-plaatsing afstemmen op netwerkontwerp

Wanneer een EDFA binnen een netwerk wordt geplaatst, heeft dit invloed op welke specificaties het belangrijkst zijn voor die specifieke toepassing. Een boosterversterker, die direct na de zender is geplaatst, heeft een hoog uitgangsvermogen nodig om het signaal te versterken voordat het aan zijn reis door de vezel begint. Een in-line versterker, die met tussenpozen langs een lange vezellijn wordt geplaatst, heeft een evenwichtige versterking en een laag ruisgetal nodig om het geaccumuleerde signaalverlies te compenseren zonder significante extra ruis te introduceren. Een voorversterker, die vlak voor de ontvanger is geplaatst, geeft bovenal prioriteit aan een laag ruisgetal, omdat deze een reeds verzwakt signaal versterkt en eventuele toegevoegde ruis in dit stadium rechtstreeks van invloed is op het vermogen van de ontvanger om de gegevens nauwkeurig te interpreteren.

Netwerkontwerpers brengen doorgaans het verwachte signaalverlies over de gehele glasvezelroute in kaart, waarbij ze rekening houden met vezelverzwakking, connectorverliezen en splitsingsverliezen van apparatuur zoals splitters of multiplexers, voordat ze bepalen hoeveel versterkers er nodig zijn en waar ze moeten worden geplaatst. Deze planningsstap voorkomt zowel onderversterking, wat leidt tot signaalverslechtering, als overversterking, wat vervorming of onnodige kosten met zich mee kan brengen.

Betrouwbare EDFA-prestaties in de loop van de tijd behouden

Degradatie van de pomplaser is een van de meest voorkomende redenen waarom de prestaties van EDFA geleidelijk afnemen over jaren van gebruik, omdat het uitgangsvermogen van de pomplaser op natuurlijke wijze afneemt met de leeftijd en het gebruik. Door periodiek de versterking en het uitgangsvermogen te monitoren, in plaats van voor onbepaalde tijd consistente prestaties aan te nemen, kunnen netwerkoperators geleidelijke degradatie identificeren voordat dit merkbare problemen met de signaalkwaliteit veroorzaakt. Het schoon en stofvrij houden van connectorinterfaces is een andere eenvoudige maar vaak over het hoofd geziene onderhoudsstap, omdat vervuiling bij glasvezelverbindingen verliezen kan veroorzaken die de degradatie van de versterker nabootsen, wat leidt tot onnodige probleemoplossing of voortijdige vervanging van apparatuur.