Beschreibung: Erbium-dotierter FaserverstärkerEDFA-Optischer Verstärker
Erbium-dotierter optischer Faserverstärker (EDFADer optische Signalverstärker mit Erbium-dotiertem Faserkern (Er³⁺) ist der erste optische Verstärker, der 1985 von der Universität Southampton entwickelt wurde und zu den bedeutendsten Erfindungen in der Glasfaserkommunikation zählt. Erbium-dotierte Fasern sind Glasfasern, deren Quarzkern mit einer geringen Menge des Seltenerdelements Erbium (Er) dotiert ist.Erbium-dotierter FaserverstärkerSeit den späten 1980er Jahren wurden bedeutende Fortschritte in der Forschung an Erbium-dotierten Faserverstärkern erzielt. Die WDM-Technologie hat die Kapazität der Glasfaserkommunikation erheblich gesteigert. Sie ist der am weitesten verbreitete optische Verstärker in diesem Bereich.
Anwendung: Ein optischer Faserverstärker verstärkt das optische Signal in Glasfaserkommunikationssystemen direkt. In solchen Systemen ermöglicht er die direkte Verstärkung des optischen Signals, ohne es vorher in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Der Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA, d. h. ein optischer Signalverstärker mit Erbiumionen (Er³⁺) im Faserkern) wurde von der Universität Southampton (Großbritannien) und der japanischen Universität Tohoku entwickelt und zählt zu den bedeutendsten Erfindungen der Glasfaserkommunikation. Erbium-dotierte Fasern enthalten geringe Mengen des Seltenerdelements Erbium (Er) in Quarzglas, das den Kern des EDFA bildet. Seit den späten 1980er Jahren wurden in der Forschung an Erbium-dotierten Faserverstärkern wichtige Fortschritte erzielt. Die WDM-Technologie hat die Kapazität der Glasfaserkommunikation erheblich gesteigert und ist heute der am weitesten verbreitete optische Verstärker in diesem Bereich.
Grundlegender Parameter
Wortbezeichnung: Erbium-dotierter Faserverstärker
Verwandter Begriff:Optischer Verstärker
Mit Seltenerdelementen (wie Nd, Er, Pr, Tm usw.) dotierte Quarzfasern können ein Multilevel-Lasersystem bilden und das Eingangssignal unter Einwirkung von Pumplicht direkt verstärken. Nach entsprechender Rückkopplung entsteht der Faserlaser. Die Betriebswellenlängen von ND-dotierten Faserverstärkern liegen bei 1060 nm und 1330 nm, ihre Entwicklung und Anwendung sind jedoch aufgrund von Abweichungen vom optimalen Port der Glasfaserkommunikation und anderer Gründe eingeschränkt. Die Betriebswellenlängen von EDFA und PDFA liegen im Bereich der geringsten Verluste (1550 nm) bzw. der Nulldispersionswellenlänge (1300 nm) der optischen Glasfaserkommunikation, während TDFA im S-Band arbeitet und sich daher sehr gut für Anwendungen in optischen Glasfaserkommunikationssystemen eignet. Insbesondere EDFA, der sich am schnellsten weiterentwickelt hat, ist bereits praktisch anwendbar.
Auf Basis der Entwicklung erbiumdotierter Fasern entstehen kontinuierlich neue Faserverstärker. Beispielsweise ist der Dualband-Faserverstärker (DBFA) auf Basis erbiumdotierter Fasern ein Breitband-Verstärker, dessen Bandbreite nahezu die gesamte Bandbreite des Wellenlängenmultiplexverfahrens (WDM) abdeckt. Ein ähnliches Produkt ist der Ultrabreitband-Verstärker (UWOA), der in einer einzigen Faser bis zu 100 Wellenlängenkanäle verstärken kann.
Praktische Anwendung
Der Einsatz von Erbium-dotierten Faserverstärkern (EDFA-Verstärkern) in herkömmlichen optischen digitalen Kommunikationssystemen kann eine große Anzahl optischer Repeater einsparen und die Übertragungsdistanz erheblich erhöhen, was für Fernleitungssysteme von großer Bedeutung ist.
Zu den Hauptanwendungen gehören:
1. Kann als Lichtstreckenverstärker eingesetzt werden. Herkömmliche elektronische Glasfaserverstärker weisen viele Einschränkungen auf. Beispielsweise muss der Verstärker bei der Umwandlung von digitalen in analoge Signale entsprechend angepasst werden; ebenso bei einem Wechsel der Übertragungsgeschwindigkeit von niedrig auf hoch. Sie übertragen nur Lichtsignale derselben Wellenlänge und sind komplex und teuer. Erbiumdotierte Faserverstärker überwinden diese Nachteile. Sie sind nicht nur unabhängig vom Signalmodus, sondern müssen auch bei Geräteerweiterungen oder Einsatz im optischen Wellenlängenmultiplexverfahren nicht ausgetauscht werden.
2 kann als Nachverstärker für optische Sender und Vorverstärker für optische Empfänger eingesetzt werden. Als Nachverstärker des optischen Senders lässt sich die Sendeleistung des Lasers von 0 dB auf +10 dB erhöhen. Bei Verwendung als Vorverstärker des optischen Empfängers kann dessen Empfindlichkeit ebenfalls deutlich verbessert werden. Daher genügen ein bis zwei Erbium-dotierte Verstärker in der Leitung, um die Signalübertragungsdistanz um 100–200 km zu erhöhen.
Darüber hinaus wird ein Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA-VerstärkerUm das Problem zu lösen, wurden die einzigartigen Vorteile von Erbium-dotierten Faserverstärkern weltweit anerkannt und finden zunehmend Anwendung. Allerdings weisen Erbium-dotierte Faserverstärker auch einige Einschränkungen auf. Beispielsweise ist bei der Fernkommunikation kein ständiges Auf- und Absteigen möglich, die Kommunikation zwischen den Stationen gestaltet sich schwieriger, die Fehlersuche ist aufwendiger und die Lebensdauer der Pumplichtquelle begrenzt. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Glasfaserkommunikationstechnologie werden diese Probleme jedoch zufriedenstellend gelöst werden können.
Veröffentlichungsdatum: 14. März 2025