Beth Yw EDFA? Sut mae Erbium-Chwyddwyr Ffibr Dopedig yn Gweithio

Beth Yw EDFA?

EDFA yn anmwyhadur optegolsy'n defnyddio adran o erbium-ffibr dop i chwyddo signalau golau yn uniongyrchol yn y parth optegol. Mae ailadroddwyr traddodiadol angen trosi optegol-i-drydan-i-optegol (O-E-O) ar bob cam; Mae EDFA yn hepgor hynny i gyd. Mae'r signal yn aros fel golau o'r dechrau i'r diwedd - sy'n cadw lled band, yn lleihau hwyrni, ac yn tynnu allan haen gyfan o gymhlethdod rhwydwaith.

Mae'n gweithredu yn y band C-(1530–1565 nm) ac L{-band (1565–1625 nm), yn union yn y ffenestri trosglwyddo colled isaf o ffibr silica. Nid yw'r gorgyffwrdd sbectrol hwnnw'n gyd-ddigwyddiad - dyna'r rheswm y daeth EDFA yn fwyhadur rhagosodedig mewn rhwydweithiau pellter hir, a'r rheswm pam mae systemau WDM a DWDM yn gweithio fel y maent. Gall un EDFA roi hwb i ddwsinau neu hyd yn oed gannoedd o sianeli tonfedd sy'n teithio trwy un ffibr ar yr un pryd.

EDFA Problem Mae'n Ei Datrys

Mae signalau optegol yn colli cryfder wrth iddynt deithio trwy ffibr. Gwanhau, colledion sbleis, colledion cysylltydd - mae'r cyfan yn adio i fyny. Cyn EDFA, yr unig opsiwn oedd gosod adfywwyr electronig ar hyd y llwybr. Roedd y dyfeisiau hyn yn trosi golau yn drydan, yn glanhau'r signal, yn ei ail-chwyddo, ac yn ei drawsnewid yn ôl i olau. Roedd pob adfywiwr yn ddrud ac yn-benodol: dim ond un gyfradd data ac un cynllun modiwleiddio y gallai ei drin. Os oeddech chi eisiau graddio system WDM, roedd yn rhaid i chi luosi adfywwyr â nifer y sianeli. Graddiodd y gost a'r cymhlethdod yn greulon.

Daeth y datblygiad arloesol ym 1987, pan ddangosodd ymchwilwyr hynnyerbium-ffibr dopedgallai chwyddo signalau ger 1550 nm trwy allyriadau ysgogol. Ddwy flynedd yn ddiweddarach,-pwmpiodd y deuod cyntaferbium-mwyhadur ffibr dopedei ddilysu mewn labordy, gan brofi y gallai'r cysyniad weithio mewn rhwydweithiau go iawn. Yr hyn a wnaeth hyn mor arwyddocaol oedd nid dim ond yr ymhelaethu ei hun - ond y gallai un EDFA chwyddo'r holl sianeli tonfedd mewn system WDM ar unwaith. Dim fesul-adfywiad sianel. Yr un gallu hwnnw yw'r hyn a wnaeth amlblecsio tonfedd trwchus-rhannu yn ymarferol yn economaidd a rhoi ceblau tanfor graddfa terabit o fewn cyrraedd.

Sut Mae EDFA yn Gweithio?

Y Mecanwaith Craidd: Allyriadau wedi'u Hysgogi

Mae EDFA yn gweithredu ar yr un egwyddor â - allyriad ysgogol laser - ac eithrio ei fod yn chwyddo golau presennol yn lle cynhyrchu golau newydd.

Mae laser pwmp pŵer uchel (sy'n gweithredu ar 980 nm neu 1480 nm) yn chwistrellu egni i'r erbium-ffibr dop. Mae ïonau erbium (Er³⁺) yn amsugno'r egni pwmp hwn ac yn neidio o'u cyflwr daear i gyflwr cynhyrfus. Unwaith y bydd digon o ïonau wedi cyffroi, byddwch yn cael gwrthdroad poblogaeth - mwy o ïonau yn eistedd yn y cyflwr ynni uchel nag yn y cyflwr daear. Dyna'r rhagofyniad i ymhelaethu ddigwydd.

Nawr mae signal optegol gwan ger 1550 nm yn mynd i mewn i'r ffibr doped. Mae ei ffotonau'n taro'r ïonau erbium cynhyrfus, ac mae pob rhyngweithiad yn sbarduno ïon i ollwng yn ôl i'r cyflwr gwaelod, gan ryddhau ffoton newydd yn y broses. Mae'r ffoton newydd hwn yn union yr un fath â'r ffoton signal - yr un donfedd, yr un cyfnod, yr un cyfeiriad. Lluoswch hynny ar draws biliynau o ryngweithiadau ar hyd y ffibr, a daw'r signal allan y pen arall yn sylweddol gryfach.

Band eang yw'r ymhelaethiad yn ei hanfod. Mae'r sbectrwm cynnydd erbium yn rhychwantu tua 30–40 nm yn y band C-. Nid yw hynny'n ateb peirianneg clyfar o gwmpas - mae wedi'i bobi i ffiseg strwythur lefel egni'r ïon erbium. Gall un EDFA drin 40, 80, neu hyd yn oed 96 o sianeli DWDM ar yr un pryd oherwydd hyn.

Cydrannau Allweddol Y tu mewn i EDFA

Mae mwy yn digwydd i fodiwl EDFA gweithredol na dim ond darn o ffibr dop. Mae pum cydran graidd yn cydweithio:

Erbium-ffibr doped (EDF) yw'r cyfrwng ennill. Mae hyd ffibr, crynodiad erbium, a chyfansoddiad gwydr i gyd yn siapio'r nodweddion cynnydd a sŵn. Mae'r laser pwmp yn cyflenwi'r egni i gyffroi ïonau erbium - ei bŵer a'i sefydlogrwydd sy'n pennu ffigur enillion a sŵn yr EDFA. Mae cwplwr WDM yn uno'r golau pwmp a'r golau signal fel eu bod yn ymledu trwy'r ffibr doped gyda'i gilydd. Mae ynysyddion optegol mewn mewnbwn ac allbwn yn rhwystro-myfyrdodau a allai ansefydlogi'r mwyhadur neu sbarduno lasiad parasitig. Ac mae hidlydd optegol yn tynnu allan-sŵn band ac allyriadau digymell chwyddedig (ASE) i gadw'r allbwn yn lân.

980 nm vs 1480 nm Pwmpio - Pam Mae llawer o EDFAs yn Defnyddio'r ddau

Tonfedd y pwmp yw un o'r penderfyniadau dylunio mwyaf mewn EDFA, ac mae'r ddau opsiwn yn cynnwys cyfaddawd gwirioneddol - nid dim ond manylebau gwahanol ar daflen ddata.

Mae pwmpio 980 nm yn cyffroi ïonau erbium i lefel egni uchel (E3), sydd wedyn yn ymlacio'n gyflym i'r lefel fetasefydlog (E2) trwy broses nad yw'n-ymbelydrol. Mae'r llwybr dau gam hwnnw'n cynhyrchu gwrthdroad poblogaeth glân iawn a ffigur sŵn is - fel arfer 1–2 dB yn well na 1480 nm. Ar gyfer cyn-fwyhaduron lle mae pob ffracsiwn o dB mewn sŵn yn bwysig, 980 nm yw'r hyn rydych chi ei eisiau.

Mae pwmpio 1480 nm yn cymryd llwybr byr: mae'n cyffroi ïonau erbium yn uniongyrchol i'r lefel fetastabl (E2). Mwy o ynni-pŵer allbwn cyraeddadwy uwch, ond mwy swnllyd. Mae hynny'n ei gwneud yn fwy ffit ar gyfer mwyhaduron atgyfnerthu lle mae pŵer crai yn bwysicach na pherfformiad sŵn.

Nid yw llawer o EDFAs perfformiad uchel yn dewis y naill na'r llall - maent yn defnyddio'r ddau . 980 bympiau nm i'r cyfeiriad ymlaen i gadw sŵn yn isel, pympiau 1480 nm yn y cyfeiriad yn ôl i wthio pŵer allbwn i fyny. Mae'r cyfluniad hybrid hwn yn safonol mewn systemau daearol llong danfor a chludiant hir, ac am reswm da: rydych chi'n cael y budd sŵn o 980 nm a'r budd pŵer o 1480 nm mewn un uned.

Tri math o EDFA a phryd i ddefnyddio pob un

Lle mae EDFA yn eistedd yn y cyswllt optegol sy'n pennu popeth am sut y dylid ei ddylunio. Mae'r manylebau sy'n bwysig ar gyfer atgyfnerthu bron yn amherthnasol ar gyfer cyn-fwyhadur, ac i'r gwrthwyneb.

Mwyhadur Atgyfnerthu

Yn mynd yn syth ar ôl y trosglwyddydd. Ei waith yw gwthio pŵer signal mor uchel â phosibl cyn i'r golau fynd i mewn i'r rhychwant ffibr. Mewn systemau DWDM, mae'r amlblecsydd yn cyflwyno colled mewnosod sy'n bwyta i mewn i bŵer lansio, ac mae'r atgyfnerthydd yn gwneud iawn am hynny. Y fanyleb sydd bwysicaf yma yw pŵer allbwn dirlawn - fel arfer 16–23 dBm. Mae'r ffigur sŵn yn eilaidd oherwydd bod y signal mewnbwn yn dal yn gryf.

Mewn-Llinell Mwyhadur

Mae'r rhain yn eistedd ar bwyntiau canolradd ar hyd y llwybr ffibr, fel arfer bob 80-100 km, gan wneud iawn am golli rhychwant a chadw'r signal uwchben y llawr sŵn. Mae angen cynnydd uchel arnynt (20-30 dB) gyda pherfformiad sŵn gweddus. Dyma'r peth am mewn-mwyhaduron llinell: mae sŵn yn cronni ar bob cam. Pan fyddwch chi'n dylunio'r gyllideb sŵn ar gyfer cadwyn o 10, 20, neu 100 o EDFAs wedi'u rhaeadru mewn cebl llong danfor, mae cyfraniad pob mwyhadur yn bwysig. Gall cael hyn yn anghywir hyd yn oed ychydig olygu'r gwahaniaeth rhwng cyswllt gweithio ac un nad yw'n cau.

Cyn{0}} Mwyhadur

Yn eistedd reit o flaen y derbynnydd. Erbyn hyn, mae'n bosibl bod y signal wedi croesi cannoedd neu filoedd o gilometrau ac wedi cyrraedd pŵer isel iawn - weithiau'n is na -30 dBm. Ar y lefelau hyn, mae twf sŵn ASE ar ei waethaf. Ffigur sŵn yw'r paramedr unigol pwysicaf ar gyfer rhag-amp. Gall gwelliant 1 dB yn NF yma drosi'n uniongyrchol i gyrhaeddiad estynedig neu gyfradd gwallau didau gwell ar gyfer y ddolen gyfan.

Paramedrau Perfformiad Allweddol

Ennill

Wedi'i fesur mewn dB. Mae cynnydd o 30 dB yn golygu bod yr allbwn 1,000 gwaith yn gryfach na'r mewnbwn. Gall rhai dyluniadau EDFA fod yn fwy na 50 dB, er bod y rhan fwyaf o unedau masnachol yn rhedeg yn yr ystod 15-35 dB. Mae ennill yn dibynnu ar hyd EDF, pŵer pwmp, a lefel signal mewnbwn. Nid yw'n rhif sefydlog - wrth i bŵer mewnbwn gynyddu, ennill cywasgu oherwydd dirlawnder. Mae angen i gyfrifiadau cyllideb cyswllt roi cyfrif am hyn.

Ffigur Sŵn (NF)

Yn meintioli faint o sŵn ychwanegol y mae'r EDFA yn ei ychwanegu. Yr isafswm damcaniaethol yw 3 dB (y terfyn cwantwm ar gyfer mwyhadur ansensitif cyfnod ar gynnydd uchel), ac mae EDFAs masnachol fel arfer yn cyflawni 5–7 dB mewn amodau signal bach. Ar gyfer cysylltiadau cludiad hir cyn{7}}mwyhadur a rhaeadru, NF yn aml yw'r paramedr cyntaf y byddwch yn ei optimeiddio, oherwydd ei fod yn gosod cyllideb OSNR yn uniongyrchol ar gyfer y system gyfan.

Pŵer Allbwn Dirlawn

Yr uchafswm pŵer allbwn y gall yr EDFA ei ddarparu pan fydd y mewnbwn yn ddigon cryf (yn nodweddiadol Yn fwy na neu'n hafal i 0 dBm) i'w yrru i mewn i dirlawnder. Dyma'r prif rif ar gyfer mwyhaduron atgyfnerthu. Mae mwy o bŵer allbwn yn golygu y gallwch chi lansio mwy i'r ffibr, sydd yn gyffredinol yn golygu rhychwantau hirach rhwng safleoedd mwyhadur.

Ennill Flatness

Mewn system DWDM gyda llawer o sianeli, mae pob sianel yn ddelfrydol yn cael yr un enillion. Nid yw'r sbectrwm cynnydd erbium yn cydweithredu - mae rhai tonfeddi yn naturiol yn cael eu mwyhau'n fwy nag eraill. Mae ennill gwastadrwydd yn mesur yr amrywiad hwnnw, a fynegir fel arfer fel brig-i-dB brig ar draws y band gweithredu.

Daw'r broblem yn amlwg pan fyddwch chi'n rhaeadru mwyhaduron. Dywedwch fod un sianel yn cael 0.5 dB yn llai o gynnydd fesul mwyhadur. Ar ôl deg mwyhadur, mae'n 5 dB yn wannach. Ar ôl ugain, gallai ddisgyn yn gyfan gwbl o dan drothwy sensitifrwydd y derbynnydd. Mae systemau cebl tanfor a rhwydweithiau daearol pellter hir yn delio â hyn trwy hidlwyr gwastadu enillion (GFFs) sydd wedi'u cynnwys yn y modiwl EDFA, neu drwy diwnio'r crynodiad alwminiwm yn y gwydr EDF i wella gwastadrwydd cynhenid ​​​​y sbectrwm cynnydd.

EDFA yn erbyn Mwyhaduron Optegol Eraill

EDFA yn erbyn SOA (Mwyhadur Optegol Lled-ddargludyddion)

Mae SOA yn defnyddio cyfrwng ennill lled-ddargludyddion yn lle ffibr dop. Mae'n llai, yn rhatach, a gellir ei integreiddio i sglodion ffotonig - fanteision gwirioneddol ar gyfer rhwydweithiau metro, switsio optegol, a phrosesu signal. Ond ar gyfer trosglwyddiad pellter hir, nid yw'n dal i fyny. Mae cynnydd SOA ar ei uchaf tua 15–25 dB (gall EDFA fod yn fwy na 50 dB), mae ei ffigur sŵn yn rhedeg 7–12 dB (yn erbyn 5–7 dB EDFA), mae'n sensitif i bolareiddio, ac mae'n cyflwyno croessiarad rhwng sianeli WDM nad yw EDFA yn gwneud hynny.

Mae gan SOA ei le. Mae gan EDFA ei le. Ar gyfer cludiant asgwrn cefn DWDM, nid yw'r dewis yn agos.

EDFA yn erbyn Raman Mwyhadur

Mae ymhelaethu Raman yn gweithio trwy fecanwaith hollol wahanol - ysgogwyd Raman gwasgariad - ac mae'n digwydd y tu mewn i'r ffibr trawsyrru ei hun, nid mewn ffibr doped ar wahân. Oherwydd bod y signal yn cael ei chwyddo'n raddol ar hyd y rhychwant yn lle popeth ar unwaith, nid yw byth yn disgyn mor isel ag y byddai gydag ymhelaethiad EDFA-yn unig. Gall y ffigwr sŵn effeithiol fod yn is o ganlyniad.

Mae'r anfanteision yn wirioneddol, serch hynny. Mae mwyhaduron Raman yn gofyn am bŵer pwmp uchel (dros 500 mW yn aml), yn sicrhau cynnydd cymedrol (10-15 dB yn nodweddiadol), ac yn ychwanegu cymhlethdod lleoli. Ar y llaw arall, maen nhw'n donfedd-hyblyg mewn ffordd na all EDFA gyfateb i - dim ond symud tonfedd y pwmp i chwyddo band gwahanol.

Nid yw'r ddwy dechnoleg hyn yn gystadleuwyr mewn gwirionedd. Mae'r rhan fwyaf o systemau cludo hir a llong danfor yn defnyddio'r ddau: mae Raman yn darparu "llawr" cynnydd dosranedig sy'n atal y signal rhag disgyn yn rhy bell i'r sŵn, ac mae EDFA yn darparu'r ymhelaethiad enillion cryno uchel ym mhob ailadroddydd. Mae'r dull hybrid hwn wedi dod yn ffordd safonol o wthio capasiti a chyrhaeddiad i'w terfynau.

Lle Mae EDFA yn cael ei Ddefnyddio Heddiw

Taith Hir-Rhwydweithiau Daearol

Dyma lle mae EDFA yn ennill ei gadw. Mewn rhwydweithiau asgwrn cefn sy'n rhychwantu pellteroedd cenedlaethol neu gyfandirol, mae EDFAs yn mynd i mewn bob 80-100 km i frwydro yn erbyn gwanhau ffibr. Un senglmwyhadur ffibr optigmae cario 80+ sianeli DWDM ar 100G neu 400G y sianel yn dibynnu ar gadwyn o'r mwyhaduron hyn i gynnal ansawdd y signal dros filoedd o gilometrau. Tynnwch EDFA allan o'r darlun, ac economeg trafnidiaeth ddaearol gyda chynhwysedd uchel.

Systemau Ceblau Tanfor

Ceblau tanfor yw'r amgylchedd anoddaf y bydd EDFA byth yn ei wynebu. Gall cebl trawsgefnforol ymestyn y tu hwnt i 10,000 km gyda dros 100 o ailadroddwyr EDFA yn eistedd ar wely'r cefnfor. Mae'n rhaid i'r unedau hyn redeg yn barhaus am 25 mlynedd gyda dim mynediad cynnal a chadw. Nid peth braf yn unig yw bod yn ddibynadwy i gael - methiant ar wely'r môr yn golygu ymweliad llong drud. Mae'r EDFAs hyn yn rhedeg gyda laserau pwmp segur ac ymylon gweithredu ceidwadol sydd wedi'u cynllunio i gynyddu hyd oes yn anad dim arall.

Rhyng-gysylltiad Canolfan Ddata (DCI)

Mae angen cysylltiadau lled band uchel, isel-rhwng campysau ar ganolfannau data graddfa uwch, ac mae'r cysylltiadau hynny'n aml yn ymestyn dros ddegau i gannoedd o gilometrau. Mae EDFA yn galluogi trosglwyddiad cydlynol 400G ac 800G ar y llwybrau DCI hyn. Gyda hyfforddiant AI wedi'i ddosbarthu'n gynyddol ar draws cyfleusterau lluosog, mae'r segment hwn yn tyfu'n gyflym.

Systemau DWDM

Nid yn unig y daeth EDFA yn gydnaws â DWDM - dyna a wnaeth DWDM yn ymarferol yn y lle cyntaf. Ymhelaethu ar sianeli 40, 80, neu 96 ar yr un pryd mewn un ddyfais yw'r hyn sy'n caniatáu i weithredwyr rhwydwaith gynyddu capasiti ffibr heb raddio seilwaith ar yr un gyfradd. Mae gan bob system DWDM sy'n rhedeg heddiw EDFA ynddo.

Rhwydweithiau Dosbarthu CATV

Mae rhwydweithiau teledu cebl yn defnyddio EDFAs fel mwyhaduron pŵer i hybu'r signal optegol o'r headend, gan ei wthio allan i sylfaen tanysgrifwyr mwy ar draws ardal ddarlledu ehangach. Mae pŵer allbwn uchel EDFAs atgyfnerthu-math yn cyd-fynd yn dda â'r model dosbarthu darlledu hwn.

Cymwysiadau Eraill

Mae EDFA hefyd yn ymddangosmwyhadur ffibrgosodiadau o fewn LANs seiliedig ar ffibr (gan wneud iawn am golledion dosbarthu), cyfathrebiadau milwrol ac awyrofod (lle mae dibynadwyedd a goddefgarwch amgylcheddol yn amhosib eu trafod), a rhwydweithiau cyfathrebu cwantwm sy'n dod i'r amlwg (lle mae gwerth penodol i chwyddo signalau gwan heb drawsnewid trydanol).

Sut i Ddewis yr EDFA Cywir

Mae dewis yr EDFA iawn yn dechrau gyda deall ei rôl yn eich rhwydwaith. Mae gan atgyfnerthydd, mwyhadur mewn-lein, a mwyhadur cyn-bennoedd blaenoriaeth hollol wahanol - prynu uned sŵn isel ar gyfer rhaglen atgyfnerthu yn gwastraffu arian ar fanyleb nad yw'n eich helpu.

Diffiniwch y rôl yn gyntaf. Mae atgyfnerthu yn golygu eich bod chi'n poeni am bŵer allbwn dirlawn. Mae mewn-llinell yn golygu eich bod yn cydbwyso enillion yn erbyn sŵn. Mae cyn{4}}amp yn golygu bod y ffigwr sŵn yn frenin.

Cadarnhewch eich band gweithredu. C-band (1530–1565 nm), L-band (1565–1625 nm), neu'r ddau. Mae EDFAs C+L yn bodoli, ond mae argaeledd a pherfformiad yn amrywio fesul gwerthwr.

Cyfrifwch enillion a gofynion pŵer o'ch cyllideb colli rhychwant. I gael atgyfnerthu, canolbwyntiwch ar bŵer allbwn dirlawn. Ar gyfer amp mewn-llinell, gwnewch yn siŵr bod ennill yn cwmpasu colled rhychwant gydag ymyl. Ar gyfer amp cyn-, gwiriwch y pŵer mewnbwn lleiaf y gall ei drin tra'n dal i daro NF derbyniol.

Gwerthuswch ffigwr sŵn yn ofalus os ydych chi'n rhaeadru. Mae NF is yn golygu mwy o ymyl OSNR, sy'n golygu cyrhaeddiad hirach neu BER gwell. Mewn cadwyn o fwyhaduron, hyd yn oed 1 dB o gyfansoddion gwella NF ar draws pob rhychwant.

Gwiriwch gynnydd gwastadrwydd - yn arbennig ar gyfer DWDM gyda chyfrif sianeli uchel. Po fwyaf o EDFAs yn eich cadwyn, y tynnach y mae angen i'r fanyleb hon fod. Mae gan system sy'n rhedeg 40 sianel ofynion gwastadrwydd gwahanol nag un sy'n rhedeg 80.

Ffactor yn yr amgylchedd lleoli. Mae rhesel dan do, cabinet awyr agored a thanfor yn dri byd gwahanol iawn. Amrediad tymheredd gweithredu, goddefgarwch lleithder, sgôr sioc fecanyddol, MTBF - pob un o'r shifft hyn yn seiliedig ar ble mae'r uned yn mynd. Mae EDFAs tanfor yn eu hanfod yn gategori cynnyrch gwahanol i unedau mowntio rac-.