EDFA ( în engleză Erbium Doped Fiber Amplifier ) este un amplificator cu fibră optică bazat pe fibră optică dopată cu ioni de erbiu .
Este utilizat în liniile de transmisie cu fibră optică pentru a restabili nivelul semnalului optic . Avantajul amplificatoarelor cu erbiu este absența conversiei într- un semnal electric , posibilitatea amplificării simultane a semnalelor cu lungimi de undă diferite , ceea ce face posibilă amplificarea unui semnal multiplexat spectral , corespondența aproape exactă a intervalului de funcționare al amplificatoarelor cu erbiu în regiune. pierderi optice minime ale fibrelor optice pe bază de sticlă de cuarț , un nivel de zgomot relativ scăzut și ușurință de includere într-un sistem de fibră optică.
În comparație cu alte tipuri de amplificatoare optice (Raman și semiconductor), EDFA este cel mai utilizat [1] .
Un fascicul de lumină relativ puternic, numit radiație de pompă, este amestecat cu semnalul de intrare pentru a fi amplificat folosind un cuplaj selectiv de lungime de undă. Semnalul de intrare și fasciculul pompei au lungimi de undă semnificativ diferite.
Lumina mixtă pătrunde în regiunea fibrei dopate cu ioni de erbiu. Radiația pompei este absorbită de ionii de erbiu și transferă electronii lor exteriori (optici) în stări excitate, adică există un proces de creștere (acumulare) de energie în sistem datorită energiei fotonilor radiației pompei . Astfel, în sistem este creată o populație inversă de niveluri de energie de erbiu. Când un foton al unui semnal util (amplificat) intră în sistem, acesta, interacționând cu un atom de erbiu excitat, îl forțează să radieze energia stocată sub forma unui cuantum de radiație suplimentar, a cărui frecvență și fază sunt identice cu proprietățile. a fotonului original al semnalului util. Adică dintr-un foton inițial, după procesul de emisie stimulată, se obțin doi, iar procesul de emisie stimulată în sine poate fi comparat cu procesul de multiplicare ca avalanșă, deoarece în fiecare act elementar de emisie stimulată sunt doi fotoni. obtinute cu aceleasi proprietati: energie, faza, polarizare si directia de propagare, atunci exista fotoni coerenti.
Ca urmare, rezultă că numărul de fotoni ai unui semnal util (de intrare) care trece printr-un mediu cu o populație inversă crește proporțional cu numărul de acte de emisie stimulată, iar din moment ce toți fotonii secundari sunt coerenți, totalitatea lor este o undă electromagnetică care diferă de unda electromagnetică a semnalului de intrare doar printr-o intensitate mai mare, în timp ce atomii de erbiu, renunțând la energia stocată în cursul emisiei stimulate, revin la sol, în stare neexcitată, și pot fi din nou transferați la starea excitată la absorbția fotonilor radiației pompei.
Mediul cu populație inversă este una dintre părțile principale ale amplificatorului cu fibră, o altă parte necesară este sistemul de feedback optic, care, datorită reflexiei, returnează o parte din radiație și astfel creează amplificare. Trecerea la modul de generare laser transformă amplificatorul într-un laser și distruge complet structura semnalului de intrare, ceea ce împiedică amplificarea adecvată, prin urmare, încearcă să scape de feedback-ul optic pozitiv prin introducerea de „izolatori” optici în sistem în acele locuri în care poate apărea feedback-ul datorat reflexiei : de exemplu, la ieșirea amplificatorului, în punctul de conectare la amplificatorul fibrei optice, care este interfața la care, din cauza neomogenității optice, are loc reflexia.
Principala sursă de zgomot în DFA este emisia spontană amplificată (ASE), care are un spectru care este aproximativ același cu spectrul de câștig al amplificatorului. Cifra de zgomot într-un DFA ideal este de 3 dB, în timp ce la amplificatoarele practice, cifra de zgomot poate fi de până la 6–8 dB.
În prezent, amplificatoarele EDFA pe bază de siliciu și fluor-zirconat sunt utilizate pe scară largă. Ambele tipuri sunt utilizate pe întregul interval de lucru al erbiului (1530–1560 nm).
Una dintre problemele EDFA-urilor pe bază de siliciu este dependența destul de puternică a câștigului de lungimea de undă, ceea ce face dificilă utilizarea lor în sistemele DWDM (se obțin diferite SNR-uri pe diferite canale DWDM). Pentru astfel de EDFA, se utilizează pomparea la o lungime de undă de 980 nm.
EDFA pe bază de zirconat de fluor conțin mai mult erbiu, dar au un nivel de zgomot mai mare datorită utilizării unui laser cu pompă de 1480 nm.