EDFA ( anglicky Erbium Doped Fiber Amplifier ) je optický zesilovač na bázi optického vlákna dopovaného ionty erbia .
Používá se v optických přenosových vedeních k obnovení úrovně optického signálu . Výhodou erbiových zesilovačů je absence konverze na elektrický signál, možnost současného zesílení signálů o různých vlnových délkách , což umožňuje zesílit spektrálně multiplexovaný signál , téměř přesná korespondence pracovního rozsahu erbiových zesilovačů s oblastí minimálních optických ztrát optických vláken na bázi křemenného skla , relativně nízké hladiny hluku a snadného začlenění do systému optických vláken.
Ve srovnání s jinými typy optických zesilovačů (Raman a polovodič) je nejpoužívanější EDFA [1] .
Relativně silný paprsek světla, nazývaný pumpové záření, je smíchán se vstupním signálem, který má být zesílen, pomocí selektivního vazebního členu pro vlnovou délku. Vstupní signál a paprsek pumpy mají výrazně odlišné vlnové délky.
Smíšené světlo vstupuje do oblasti vlákna dopovaného ionty erbia. Záření čerpadla je absorbováno ionty erbia a přenáší jejich vnější (optické) elektrony do excitovaných stavů, to znamená, že v systému dochází k procesu zvyšování (akumulace) energie v důsledku energie fotonů záření čerpadla . V systému se tak vytváří inverzní populace energetických hladin erbia. Když do systému vstoupí foton užitečného (zesíleného) signálu, přinutí jej v interakci s excitovaným atomem erbia vyzařovat uloženou energii ve formě dalšího radiačního kvanta, jehož frekvence a fáze jsou shodné s vlastnostmi původního fotonu užitečného signálu. To znamená, že z jednoho počátečního fotonu se po procesu stimulované emise získají dva a samotný proces stimulované emise lze srovnat s procesem lavinovitého množení, protože v každém elementárním aktu stimulované emise jsou dva fotony. získané se stejnými vlastnostmi: energie, fáze, polarizace a směr šíření, pak existují koherentní fotony.
V důsledku toho se ukazuje, že počet fotonů užitečného (vstupního) signálu procházejícího prostředím s inverzní populací se zvyšuje úměrně počtu aktů stimulované emise, a protože všechny sekundární fotony jsou koherentní, jejich celkový počet je elektromagnetická vlna, která se od elektromagnetické vlny vstupního signálu liší pouze větší intenzitou, přičemž atomy erbia se po odevzdání nahromaděné energie v průběhu stimulované emise vracejí do zemského, nevybuzeného stavu a mohou být opět přeneseny do excitovaného stavu po absorpci fotonů záření pumpy.
Prostředí s inverzní populací je jednou z hlavních částí vláknového zesilovače, další nezbytnou součástí je systém optické zpětné vazby, který vlivem odrazu vrací část záření zpět a tím vytváří zesílení. Přechod do režimu generování laseru změní zesilovač na laser a zcela zničí strukturu vstupního signálu, což brání správnému zesílení, proto se snaží zbavit pozitivní optické zpětné vazby zavedením optických „izolátorů“ do systému v místa, kde se může objevit zpětná vazba v důsledku odrazu: například na výstupu zesilovače, v místě připojení k zesilovači optického vlákna, což je rozhraní, na kterém v důsledku optické nehomogenity dochází k odrazu.
Hlavním zdrojem šumu v DFA je zesílená spontánní emise (ASE), která má spektrum přibližně stejné jako spektrum zesílení zesilovače. Šumové číslo v ideálním DFA je 3 dB, zatímco u praktických zesilovačů může být šumové číslo až 6–8 dB.
V současné době jsou široce používány zesilovače EDFA na bázi křemíku a fluor-zirkoničitanu. Oba typy se používají v celém pracovním rozsahu erbia (1530–1560 nm).
Jedním z problémů EDFA na bázi křemíku je poměrně silná závislost zisku na vlnové délce, což ztěžuje jejich použití v systémech DWDM (na různých DWDM kanálech je dosaženo různých SNR). Pro takové EDFA se používá čerpání při vlnové délce 980 nm.
EDFA na bázi fluor-zirkoničitanu obsahují více erbia, ale mají vyšší hladinu hluku díky použití 1480 nm čerpacího laseru.