6 Signalrückgewinnung im optischen Netz mittels EDFA-Leitungsverstärkern
6.1 EDFA-Verstärker

Dotierte Fasern werden häufig als optische Verstärker in optischen Netzen eingesetzt. Erbium ist ein Dotierstoff, der für diese Zwecke verwendet wird, es handelt sich dann um Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA, engl. Erbium Doped Fibre Amplifier). EDFA-Verstärker sind gebräuchliche Verstärker unter den dotierten Faserverstärkern. Sie nutzen Pumpen in der Form einer Laserdiode aus, die in der Wellenlänge von 980 nm arbeitet. Diese Wellenlänge wird mit dem Signal multiplext, das die Information im Lichtwellenleiter überträgt. Das optische Pumpen regt Ionen der Dotierstoffe entlang der dotierten Faser an.

Die angeregten Erbiumionen gehen sehr schnell in ein niedrigeres energetisches Niveau über. Es handelt sich um einen strahlungslosen Übergang. Danach folgt eine langsamere Relaxation zum grundlegenden energetischen Niveau durch Ausstrahlung eines Quants der optischen Strahlung. Die relativen Zeiten dieser Übergänge sind entscheidend für das Erzielen der Besetzungsinversion (im Zustand der Besetzungsinversion befinden sich die meisten Ionen in einem angeregten Zustand). Dies bedingt die Mehrheit der stimulierten Strahlungsemission über der spontanen Emission. Praktisch bedeutet das einen großen Abstand des Signals vom Rauschen und eine höhere Fähigkeit der effektiven Verstärkung.

Ein als Leitungsverstärker arbeitender EDFA.
Bereich der Arbeitswellenlängen und Verstärkung von EDFA.
Schema des Energiebandes von EDFA.

Für einen Test – Verstärkung durch einen EDFA-Verstärker – sind die folgenden Elemente und Anlagen erforderlich: ein DFB-Laser (engl. Distributed Feedback Laser) für das Erstellen des Signal-Modells auf 1550 nm, ein Laser für optisches Pumpen auf einer Wellenlänge von 980 nm, ein Multiplexer, eine EDFA-Faser und ein Spektrumanalysator. Die DFB-Quelle wird mit dem optischen Pumpen mittels des Multiplexers multiplext und das kombinierte Signal wird durch die EDFA-Faser übertragen, wo es verstärkt wird.

## Vorteile:

- Breites Arbeitsband (Band C+L – 1530 nm bis 1680 nm).
- Hohe Verstärkung von 20 bis 50 dB (der Arbeitspunkt des Verstärkers wird heutzutage so eingestellt, dass die Verstärkung die Werte von 20 dB wegen einer Verhinderung von nichtlinearen Ereignissen nicht überschreitet, die bei einer hohen optischen Leistung entsteht. Zum Beispiel bei Vier-Wellen-Mischung FWM (engl. Four Wave Mixing), die optische Netze mit hohen Geschwindigkeiten betrifft.
- Konstruktion – Faser und optisches Pumpen.
- Ziemlich geringe Verstärkung für transparente optische Netze mittels Wellenlängenmultiplexes (WDM, engl. Wavelength Division Multiplexing).
- Niedriger Preis.
- Anwendung als Leitungsverstärker.

## Nachteile:

- Erhebliche verstärkte spontane Emission (ASE, engl. Amplified Spontaneous Emission).
- Er kann nicht als Leistungsverstärker verwendet werden (da am Anfang der Strecke große Eingangsleistungen ankommen), wegen der fehlenden Leistungsaufnahme (Verstärkungssättigung).
- Er kann nicht als Vorverstärker wegen eines erheblichen Rauschens verwendet werden, das von ihm generiert wird (spezielle Filter müssen eingesetzt werden).