Composants optiques avancés - Amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA)

- Mar 14, 2019-

Composants optiques avancés - Amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA)


De nombreuses applications de fibre optique, telles que les systèmes DWDM longue distance, nécessitent une amplification du signal optique. Dans le passé, cela impliquait l’utilisation de répéteurs électroniques coûteux à des points intermédiaires tous les 100 km. Les systèmes DWDM longue distance modernes actuels utilisent plusieurs composants optiques avancés pour remplacer plusieurs répéteurs par un seul dispositif optique. Ces dispositifs optiques, appelés amplificateurs optiques, qui n’étaient autrefois que des curiosités de laboratoire, sont désormais largement utilisés dans les déploiements sur le terrain. L'un des amplificateurs optiques les plus courants est l'amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA).

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Les chercheurs ont développé EDFA pour remplacer de nombreux répéteurs électroniques par moins de répéteurs optiques, réduisant ainsi le coût et la complexité du système. Les EDFA permettent également des mises à niveau simples du système en ajoutant des sources supplémentaires à différentes longueurs d'onde et en les combinant sur une seule fibre à l'aide d'un multiplexeur DWDM.

La fibre utilisée dans un EDFA est dopée à l'erbium, un élément des terres rares qui possède les niveaux d'énergie appropriés dans sa structure atomique pour amplifier la lumière à 1550 nm. Un laser «pompe» à 980 nm ou 1480 nm injecte de l'énergie dans la fibre dopée à l'erbium. Lorsqu'un faible signal à 1550 nm entre dans la fibre, la lumière stimule les atomes d'erbium à libérer leur énergie stockée sous forme de lumière supplémentaire à 1550 nm. Ce processus se poursuit lorsque le signal passe dans la fibre, devenant de plus en plus puissant jusqu'à atteindre la région dopée à l'erbium.

La figure ci-dessous montre un EDFA à deux étages avec accès intermédiaire, élément important des systèmes à fibres optiques à très hautes performances. Dans ce cas, deux EDFA simples à une étape sont empaquetés ensemble. L'utilisateur reçoit la sortie du premier étage EDFA et l'entrée du deuxième étage EDFA. Ces systèmes nécessitent souvent l'utilisation périodique d'éléments supplémentaires, tels que la fibre à compensation de dispersion (DCF), afin de réduire la dispersion globale. Une perte d'insertion élevée de 10 dB ou plus rend DCF problématique. Placer le DCF au point d'accès intermédiaire de l'EDFA à deux étages réduit les effets nocifs sur le système. L'utilisateur réalise toujours un gain significatif grâce à l'EDFA, même avec l'ajout du facteur de perte de charge optique élevée.

EDFA en deux étapes avec accès intermédiaire

Sur la figure, l’entrée optique passe d’abord par l’isolateur optique n ° 1 qui, dans la mesure du possible, laisse passer la lumière de gauche à droite. Ensuite, la lumière passe par WDM n ° 1. Le WDM n ° 1 permet d'injecter la longueur d'onde de pompage à 980 nm dans la première longueur de fibre dopée à l'erbium. Le WDM n ° 1 permet également de coupler le signal d'entrée optique dans la fibre dopée à l'erbium avec une perte optique minimale.

L'énergie à 980 nm pompe les atomes d'erbium dans un état excité, en décomposition lente. Lorsque la lumière dans la bande de 1550 nm traverse la fibre dopée à l'erbium, qui a généralement une longueur de plusieurs dizaines de mètres, elle provoque l'émission stimulée de radiations, un peu comme un laser. De cette manière, le signal d'entrée optique à 1550 nm gagne en puissance. La sortie de la fibre dopée à l'erbium passe ensuite par l'isolateur optique n ° 2, qui devient disponible pour l'utilisateur. En règle générale, le point d’accès à mi-étage se connecte à une sorte de dispositif de compensation de dispersion. La lumière traverse ensuite l'isolateur n ° 3 et le WDM n ° 2. Le WDM n ° 2 couple l’énergie de 1 480 nm d’un deuxième laser de pompe à l’autre extrémité d’une deuxième longueur de fibre dopée à l’erbium, augmentant ainsi le gain et la puissance de sortie. Enfin, la lumière traverse l'isolateur n ° 4.

Les EDFA évitent les composants les plus actifs car les photons amplifient le signal. L'EDFA fournit une puissance de sortie élevée, nécessitant moins d'amplificateurs dans une conception de système donnée. Les amplificateurs de conception EDFA les plus élémentaires s’allument sur une bande assez étroite: 12 nm. L'ajout de filtres d'égalisation de gain peut augmenter la bande à plus de 25 nm. D'autres fibres dopées exotiques augmentent la bande d'amplification à 40 nm ou plus. De plus, l'indépendance du débit de données dans les EDFA signifie qu'une mise à niveau du système nécessite de changer uniquement les terminaux de lancement et de réception.

Les performances fiables de l'EDFA le rendent utile dans les systèmes de communication par fibre optique longue distance et à haut débit et les systèmes de distribution CATV. Dans les applications CATV, les EDFA amplifient le signal avant et après un séparateur optique afin d'amplifier le signal divisé pour la transmission sur plusieurs fibres. Voir les détails du produit de l’amplificateur CATV ici. En général, il existe quatre applications principales pour les amplificateurs optiques: amplificateur / amplificateur de puissance, amplificateur en ligne, pré-amplificateur ou compensations de perte pour les réseaux optiques.


Une paire de:Introduction aux composants utilisés dans le système DWDM Un article:Introduction au test de fibre MPO