Optymalizacja wzmocnienia wzmacniacza optycznego

EDFA to wzmacniacz optyczny wykorzystujący domieszkowany światłowód jako medium wzmacniające do wzmacniania sygnału optycznego. Sygnał, który ma zostać wzmocniony, oraz laser pompujący są multipleksowane w domieszkowanym włóknie, a sygnał jest wzmacniany poprzez interakcję z jonami domieszkującymi. EDFA jest najbardziej znanym i najczęściej używanym wzmacniaczem optycznym dostosowanym do niskostratnego okna optycznego wykonanego ze światłowodu na bazie krzemionki. 

Szczególną atrakcją EDFA jest ich duża szerokość pasma wzmocnienia, która zwykle wynosi dziesiątki nanometrów, a zatem w rzeczywistości jest więcej niż wystarczająca do wzmacniania kanałów danych z najwyższymi szybkościami transmisji danych bez wprowadzania jakichkolwiek efektów zawężania wzmocnienia. Pojedynczy EDFA może być wykorzystany do jednoczesnego wzmacniania wielu kanałów danych przy różnych długościach fal w obszarze wzmocnienia. Zanim takie wzmacniacze światłowodowe stały się dostępne, nie istniała praktyczna metoda wzmacniania wszystkich kanałów pomiędzy długimi włóknami łącza światłowodowego. Należało rozdzielić wszystkie kanały danych, wykryć je i wzmocnić elektronicznie, ponownie przesłać optycznie i ponownie połączyć. Wprowadzenie wzmacniaczy światłowodowych przyniosło zatem ogromne zmniejszenie złożoności, wraz z odpowiednim wzrostem niezawodności. 

W systemach WDM poprzez multipleksowanie strumień kanałów o długości fali, szczególnie w trybach pasma C i L, może jednocześnie zostać wzmocniony do pożądanego poziomu mocy, przy czym wzmocnienie dowolnego konkretnego kanału zależy od długości fali sygnału, liczby sygnałów obecnych w systemie, moc sygnału wejściowego oraz jego przekrój absorpcji i emisji.

Wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem (EDFA) o spłaszczonym wzmocnieniu jest kluczowym elementem długodystansowych wielokanałowych systemów transmisji fal świetlnych, takich jak multipleksowanie z podziałem długości fali (WDM). Jedną z trudności we wdrażaniu systemu WDM zawierającego EDFA jest to, że widmo wzmocnienia EDFA jest zależne od długości fali. W systemie WDM EDFA niekoniecznie wzmacnia jednakowo długość fali kanałów. Często wymagane jest, aby EDFA w systemie WDM miał wyrównane widma wzmocnienia, aby uzyskać jednolite moce wyjściowe i podobne stosunki sygnału do szumu (SNR). Istnieje kilka metod projektowania płaskiego wzmocnienia widmowego EDFA, na przykład poprzez kontrolowanie długości domieszkowanego włókna i mocy pompy, odpowiedni dobór charakterystyki optycznego filtra wycinającego, zastosowanie akustooptycznego przestrajalnego filtra i zastosowanie niejednorodnie poszerzonego ośrodka wzmocnienia. W artykule osiągnięto płaskość wzmocnienia EDFA poprzez kontrolowanie długości domieszkowanego włókna i mocy pompy dla danej mocy wejściowej wynoszącej -26 dBm i pożądanej mocy wyjściowej większej niż 8 dBm.