Erbium Doped Fiber Amplifier EDFA

Università degli studi di PalermoFacoltà di IngegneriaDipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e delle TelecomunicazioniCorso di laurea specialistica in Ingegneria ElettronicaTesina di Comunicazioni Ottiche

Allievo

Salvatore De Luca

Professore:

Dott. Ing. Alessandro Busacca

Caratteristiche EDFA

Supportare più di 80 canali con bit rate di 40 Gbit/s;

Monitorare il canale per garantire le funzionalità dinamiche del sistema;

Ottimizzare la risposta spettrale;

Coordinare il sincronismo tra i vari dispositivi attivi.

Erbium Doped Fiber

980 nm minima rumorosità 1480 nm massimo guadagno

Laser di pompa 980 nm

~ 1s

1520-1570 nm

~10 ms

Laser di pompa

1480 nm

Nella fibra drogata i livelli energetici degli ioni di erbio vengono ad interagire con gli atomi di silicio del reticolo.

Ogni singolo livello, si suddivide in molti livelli adiacenti estremamente ravvicinati, dando origine a "bande" energetiche.

Le transizioni tra due bande possono riguardare due qualsiasi tra i rispettivi sottolivelli.

In tal modo la risposta del guadagno si allarga. Si ha amplificazione ottica nella fibra drogata quando è applicata una potenza di

pompa sufficiente per creare l'inversione di popolazione.

Livello fondamentale (ground)

Livello eccitato

Livello metastabile

4I11/2

4I13/2

4I15/2

“RED-C” VG EDFA

Potenza di uscita > 26 dBm;

Sistema di Monitoraggio Ottico dei Canali (OCM);

Diverse porte di comunicazione per collegare direttamente l’EDFA con il dispositivo ROADM;

Accesso, in condizioni critiche, a dati memorizzati in EEPROM per migliorare i percorsi ottici;

Riduzione dei tempi di transizione.

Monitoraggio Ottico dei Canali (OCM)

Monitorare l’uscita del nodo di rete;

Controllare la potenza di canale migliorando

l’equalizzazione ;

Ottimizzare il guadagno in

base al numero di

canali;

Funzionamento basato su

filtro sintonizzabile.

Calcolo delle prestazioni di un percorso ottico

EDFA

EDFAEDFA

EDFA

EDFA

EDFA EDFA

EDFA

TXRX

CONTROL SISTEM

+

EEPROM

TRANSIET SUPPRESSION

Maximum overshoot below 1dB

Setting time less than 200 µs

SICUREZZA

APR: Automatic Power Reduction

ARP: Automatic Restart Procedure

Hibrid Gain Control Technique

Range di potenza in ingresso maggiore (aumento del numero di canali)

Range di guadagno maggiore

IMOC 2007

Controllo Ottico/elettronico

Controllo ottico: potenze di ingresso inferiori ad un valore di soglia Pin

Controllo elettronico: potenze di ingresso maggiori del valore di soglia

Risultati

ottico elettronico

Risultati

Add/drop Gain Variation

λs : 1544.56 nmPout : 4.88 dBm

λs : 1544.56 nmPout : 5.22 dBm

Caratteristiche misura:

G= 15 dB G= 15 dB

32 ch X -10 dBm/ch 1 ch X -10 dBm/ch

Pin tot = 5 dBm Pin tot = -10 dBm

ADD 32 ch DROP 31 ch

Soglia di controllo = -14 dBm

Controllo completamente elettronico in entrambi i casi

POWER VARIATION = 0.34 dBm

Add/drop Gain Variation

Caratteristiche misura:

G= 25 dB G= 25 dB

32 ch X -20 dBm/ch 1 ch X -20 dBm/ch

Pin tot = -5 dBm Pin tot = -20 dBm

ADD 32 ch DROP 31 chSoglia di controllo = -14 dBm

Controllo elettronico (ADD)

Controllo ottico (DROP)

POWER VARIATION = 0.03 dBm

λs : 1544.56 nmPout : 4.81 dBm

λs : 1544.56 nmPout : 4.84 dBm

Conclusioni e nuovi sviluppi

Potenza di uscita > di 26 dBm;

OCM;

Scelta del percorso;

Transitorio < di 200 µs;

Massima variazione del guadagno ~0.6 dB

Conclusioni e nuovi sviluppi

SVANTAGGI:

necessità di utilizzare esclusivamente un laser di pompa per eccitare opportunamente le strette righe di assorbimento dell’ERBIO;

ingombro dell’amplificatore in fibra dovuto al limite di concentrazione di Erbio nella matrice vetrosa che estende la lunghezza efficace del cavo drogato;

scarsa integrazione con altri componenti ottici viste le dimensioni del cavo.

NUOVI STUDI

uso di materiali organici, costituiti da molecole organiche (leganti) drogate con ioni lantanidi (Er, Nd…);

sviluppo di algoritmi in grado di calcolare l’ASE, permettendo all’EDFA di mantenere costante la potenza del segnale di uscita.