Optimierung der Verstärkung optischer Verstärker

EDFA ist ein optischer Verstärker, der eine dotierte optische Faser als Verstärkungsmedium verwendet, um ein optisches Signal zu verstärken. Das zu verstärkende Signal und ein Pumplaser werden in die dotierte Faser gemultiplext und das Signal durch Wechselwirkung mit den Dotierungsionen verstärkt. EDFA ist der bekannteste und am häufigsten verwendete optische Verstärker, der sich für verlustarme optische Fenster von Fasern auf Quarzbasis eignet. 

Eine besondere Attraktion von EDFAs ist ihre große Verstärkungsbandbreite, die typischerweise mehrere zehn Nanometer beträgt und somit tatsächlich mehr als ausreicht, um Datenkanäle mit den höchsten Datenraten zu verstärken, ohne dass es zu Auswirkungen einer Verstärkungsverringerung kommt. Ein einzelner EDFA kann zur gleichzeitigen Verstärkung vieler Datenkanäle bei unterschiedlichen Wellenlängen innerhalb des Verstärkungsbereichs verwendet werden. Bevor solche Faserverstärker verfügbar waren, gab es keine praktische Methode zur Verstärkung aller Kanäle zwischen langen Faserabschnitten einer Glasfaserverbindung. Man musste alle Datenkanäle aufspalten, elektronisch erfassen und verstärken, optisch erneut übermitteln und wieder zusammenführen. Die Einführung von Faserverstärkern brachte somit eine enorme Reduzierung der Komplexität und eine entsprechende Steigerung der Zuverlässigkeit. 

In WDM-Systemen kann durch Multiplexen ein Strom von Wellenlängenkanälen, insbesondere im C- und L-Band-Bereich, gleichzeitig auf den gewünschten Leistungspegel verstärkt werden, wobei die Verstärkung eines bestimmten Kanals von der Signalwellenlänge, der Anzahl der im System vorhandenen Signale, den Eingangssignalleistungen und seinen Absorptions- und Emissionsquerschnitten abhängt.

Der erbiumdotierte Faserverstärker (EDFA) mit abgeflachter Verstärkung ist eine Schlüsselkomponente in Langstrecken-Mehrkanal-Lichtwellenübertragungssystemen wie dem Wavelength Division Multiplexing (WDM). Eine Schwierigkeit bei der Implementierung eines WDM-Systems mit EDFAs besteht darin, dass das EDFA-Verstärkungsspektrum wellenlängenabhängig ist. In einem WDM-System verstärkt der EDFA die Wellenlänge der Kanäle nicht unbedingt gleichmäßig. EDFA in einem WDM-System muss oft über ausgeglichene Verstärkungsspektren verfügen, um gleichmäßige Ausgangsleistungen und ähnliche Signal-Rausch-Verhältnisse (SNR) zu erreichen. Es gibt mehrere Methoden zum Entwerfen eines EDFA mit flacher spektraler Verstärkung, wie z. B. die Steuerung der dotierten Faserlänge und der Pumpleistung, die richtige Wahl der Charakteristik des optischen Kerbfilters, die Verwendung eines akusto-optischen abstimmbaren Filters und die Verwendung eines inhomogen verbreiterten Verstärkungsmediums. In diesem Artikel wird die Gewinnflachheit von EDFA erreicht, indem die Länge der dotierten Faser und die Pumpleistung für eine gegebene Eingangsleistung von -26 dBm und die gewünschte Ausgangsleistung von mehr als 8 dBm gesteuert werden.