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Amplificatore attico-EDFA (Erbium-doped Fiber Amplifier) per sistema WDM

Aggiornato il 08 Mag 2023 by
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Come parte integrante della trasmissione dati a lungo raggio, un amplificatore ottico è in grado di amplificare direttamente i segnali ottici senza la necessità di convertire il segnale in uno elettrico prima dell'amplificazione, che è anche la caratteristica più importante. Tra i diversi amplificatori ottici che possono realizzare l'amplificazione nelle comunicazioni ottiche a lungo raggio, Amplificatore in fibra drogata di erbio (EDFA) è uno dei tipi più utilizzati.

 

Amplificatore ottico EDFA: potenziamento più efficace dei segnali ottici

Quando viene trasmesso su lunghe distanze, il segnale ottico deve essere amplificato molte volte a causa della perdita di segnale dovuta all'attenuazione della fibra, alle perdite di connettività, alle perdite di giunzione della fibra, ecc. Prima di inventare un amplificatore ottico, il segnale ottico deve essere prima convertito in un segnale elettrico, amplificato e poi nuovamente convertito in un segnale ottico. Il processo è molto complicato e costoso. Per ovviare a questo problema, è stato inventato l'amplificatore ottico, che amplifica direttamente i segnali e rende questo processo molto più economico, dando il via alla rivoluzione delle fibre ottiche.

Esistono diversi tipi di amplificatori in fibra ottica: amplificatore ottico a semiconduttore (SOA), amplificatore in fibra Raman e Brillouin e amplificatore in fibra drogata con erbio (EDFA). Tra questi tipi di amplificatori ottici, l'EDFA è quello più diffuso nel mondo. WDM sistema. Utilizza la fibra drogata di erbio come mezzo di amplificazione ottica per migliorare direttamente i segnali. Oggi l'EDFA è comunemente utilizzato per compensare la perdita di fibra nelle comunicazioni ottiche a lungo raggio. La caratteristica più importante è che può amplificare più segnali ottici contemporaneamente e può essere facilmente combinato con la tecnologia WDM. In genere, viene utilizzato nella banda C e nella banda L, quasi nell'intervallo tra 1530 e 1565 nm. Va però notato che gli EDFA non possono amplificare lunghezze d'onda inferiori a 1525 nm.

 

Come funziona un EDFA?

La struttura di base di un EDFA consiste in una lunghezza di fibra drogata con Erbio (EDF), un laser di pompa e un combinatore WDM. Il combinatore WDM serve a combinare la lunghezza d'onda del segnale e della pompa in modo che possano propagarsi simultaneamente attraverso l'EDF. L'immagine in basso mostra un diagramma schematico più dettagliato dell'EDFA.

Il segnale ottico, ad esempio un segnale a 1550 nm, entra in un amplificatore EDFA dall'ingresso. Il segnale a 1550 nm viene combinato con un laser di pompa a 980 nm con un dispositivo WDM. Il segnale e il laser di pompa passano attraverso una fibra drogata con ioni di Erbio. Come abbiamo detto in precedenza, l'EDFA utilizza la fibra drogata con erbio come mezzo di amplificazione ottica. Il segnale a 1550 nm viene amplificato grazie all'interazione con gli ioni di erbio drogati. Questa azione amplifica un segnale ottico debole a una potenza maggiore, aumentando la potenza del segnale.

 

Tre tipi di amplificatori EDFA per la connettività DWDM

Amplificatore di Booster

Un amplificatore booster opera sul lato di trasmissione del collegamento, progettato per amplificare i canali di segnale in uscita dal trasmettitore al livello richiesto per il lancio nel collegamento in fibra. Non è sempre necessario nei collegamenti a canale singolo, ma è una parte essenziale nel collegamento DWDM, dove il multiplexer attenua i canali di segnale. Ha un'elevata potenza di ingresso, un'elevata potenza di uscita e un guadagno ottico medio. I tipi più comuni sono EDFA con uscita 20dBm in banda C 40 canali e guadagno 26dB, EDFA con uscita 16dBm in banda C 40 canali e guadagno 14dB e così via.

In-line Amplifier

Un amplificatore in linea di solito posizionato in punti intermedi lungo il collegamento di trasmissione in un collegamento DWDM per superare le perdite di trasmissione della fibra e altre perdite di distribuzione. L'EDFA in linea è progettato per l'amplificazione ottica tra due nodi di rete sul collegamento ottico principale. Gli EDFA in linea sono posizionati ogni 80-100 km per garantire che il livello del segnale ottico rimanga al di sopra del rumore di fondo. Sono caratterizzati da una potenza di ingresso medio-bassa, una potenza di uscita elevata, un alto guadagno ottico e una bassa figura di rumore.

Pre-amplificatore

Un pre-amplificatore EDFA opera all'estremità ricevente di un link DWDM. Il preamplificatore viene utilizzato per compensare le perdite in un demultiplexer vicino al ricevitore ottico. Collocato prima dell'estremità ricevente del link DWDM, il preamplificatore EDFA lavora per aumentare il livello del segnale prima che avvenga la foto-rilevazione in un sistema a lunghissimo raggio, migliorando così la sensibilità di ricezione. Ha una potenza di ingresso relativamente bassa, una potenza di uscita media e un guadagno medio.

Vantaggi e svantaggi di EDFA

Oggi, l'amplificatore ottico EDFA si impone come opzione preferibile per il metodo di amplificazione del segnale nei sistemi DWDM, grazie al suo basso rumore e all'insensibilità alla polarizzazione del segnale. Se siete in dubbio se scegliere l'amplificatore, i vantaggi e gli svantaggi vi daranno indicazioni.

I vantaggi

  • EDFA ha un elevato utilizzo della potenza di pompa.

  • L'EDFA amplifica direttamente e simultaneamente un'ampia banda di lunghezze d'onda nella regione dei 1550 nm, con un guadagno relativamente piatto.

  • La planarità può essere migliorata con filtri ottici che appiattiscono il guadagno.

  • Guadagno superiore a 50 dB.

  • L'EDFA è caratterizzato da una bassa figura di rumore adatta alle applicazioni a lungo raggio.

  • L'implementazione dell'EDFA è relativamente più facile da realizzare e più conveniente rispetto ad altri metodi di amplificazione del segnale.

Gli svantaggi

  • Le dimensioni dell'amplificatore EDFA non sono ridotte.

  • A differenza degli amplificatori SOA e Ramen, l'EDFA, con una dimensione tipica di dieci metri, è difficile da integrare con altri dispositivi a semiconduttore.

  • Poiché l'abbandono dei canali può dare origine a errori nei canali superstiti, è necessario un controllo dinamico degli amplificatori.

Conclusioni

Poiché l'EDFA è l'amplificatore ottico più utilizzato, la tecnologia EDFA si dimostra la più avanzata e detiene una posizione dominante sul mercato. Con la diffusione dei sistemi WDM e l'aumento della larghezza di banda aggregata delle fibre ottiche, il sistema WDM integrato con EDFA otterrà maggiori vantaggi.

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