Ein gängiger Typ von optischem Verstärker, der in der optischen Kommunikation verwendet wird

Eine häufige Art vonoptischer Verstärkerwird in der optischen Kommunikation verwendet

Bei der Übertragung optischer Signale in Glasfasern nimmt deren Stärke mit zunehmender Entfernung ab, was sogar zu Kommunikationsstörungen führen kann. Optische Verstärker fungierten bis zu ihrer Entwicklung als eine Art „Tankstelle“ und füllten die Energie der optischen Signale wieder auf, um eine reibungslose Datenübertragung zu gewährleisten. In diesem Artikel stellen wir Ihnen einen gängigen optischen Verstärker für die optische Kommunikation vor – denErbium-dotierter Faserverstärker(EDFA-Lichtverstärker).

Ein Erbium-dotierter Faserverstärker, wie der Name schon sagt: Erbium (Er), ein Seltenerdelement, wird in die Quarzfaser eingebettet. Beim Durchgang eines optischen Eingangssignals durch die Erbium-dotierte Faser absorbieren die dreiwertigen Erbiumionen (Er³⁺) die Energie des Anregungslichts und gehen in ein höheres Energieniveau über. Die Anzahl der Teilchen im angeregten Zustand ändert sich. Unter dem Einfluss des Eingangssignals emittieren die angeregten Seltenerdionen Photonen der gleichen Frequenz wie das Eingangssignal, wodurch eine optische Verstärkung erzielt wird.
Die Bestandteile, aus denen einEDFA-LichtverstärkerIm Allgemeinen umfasst ein optisches System optische Koppler (oftmals Wellenlängenmultiplexer (WDM)), optische Isolatoren, Erbium-dotierte Fasern, Filter und Pumpquellen. Der optische Koppler kombiniert das Eingangslicht und das Pumplicht, um die präzise Einspeisung des Signals in die Erbium-dotierte Faser zu gewährleisten. Der optische Isolator unterdrückt unerwünschte Lichtreflexionen im optischen Pfad, um die Entstehung von Störsignalen zu verhindern und die gerichtete Signalübertragung sicherzustellen. Der optische Filter entfernt unerwünschtes Rauschen, verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis und gewährleistet eine klare Informationsübertragung.
Aktuell entwickeln Forscher Dualband-Faserverstärker (DBFA) und Ultrabreitbandverstärker (UWOA), um die Verstärkungsbandbreite auf das gesamte Frequenzband des Wellenlängenmultiplexverfahrens (WDM) auszudehnen. Ein gemeinsames Forschungsteam europäischer Institute hat kürzlich einen parametrischen Wanderwellenverstärker auf Basis photonischer Chips entwickelt. Dank seiner kompakten Bauweise erreicht er eine Ultrabreitband-Signalverstärkung mit einer Bandbreite von 140 nm (dreimal so groß wie bei herkömmlichen EDFA). Das Volumen wurde auf Zentimeter reduziert, wodurch er ultraschnelle Datenübertragung für Rechenzentren und KI-Systeme ermöglicht. Diese „Superverstärker“ werden die Übertragung von über hundert Wellenlängen pro Faser unterstützen und damit die Grundlage für holografische Kommunikation, intelligente Fabriken und weitere Anwendungen im 6G-Zeitalter schaffen.