EDFA ( engelsk Erbium Doped Fiber Amplifier ) er en fiberoptisk forstærker baseret på optisk fiber dopet med erbiumioner .
Det bruges i fiberoptiske transmissionslinjer for at genoprette niveauet af det optiske signal . Fordelen ved erbium-forstærkere er fraværet af konvertering til et elektrisk signal, muligheden for samtidig forstærkning af signaler med forskellige bølgelængder , hvilket gør det muligt at forstærke et spektralt multiplekset signal , næsten nøjagtig overensstemmelse mellem erbium-forstærkernes driftsområde til området af minimale optiske tab af optiske fibre baseret på kvartsglas , et relativt lavt støjniveau og let inklusion i et fiberoptisk system.
Sammenlignet med andre typer optiske forstærkere (Raman og halvledere) er EDFA den mest udbredte [1] .
En relativt kraftig lysstråle, kaldet pumpestråling, blandes med inputsignalet, der skal forstærkes ved hjælp af en bølgelængdeselektiv kobler. Indgangssignalet og pumpestrålen har væsentligt forskellige bølgelængder.
Det blandede lys kommer ind i området af fiberen, der er doteret med erbiumioner. Pumpestråling absorberes af erbiumioner og overfører deres ydre (optiske) elektroner til exciterede tilstande, det vil sige, at der er en proces med stigning (akkumulering) af energi i systemet på grund af energien fra pumpestrålingsfotoner . Der skabes således en omvendt population af erbium-energiniveauer i systemet. Når en foton af et nyttigt (forstærket) signal kommer ind i systemet, tvinger det, i vekselvirkning med et exciteret erbium-atom, det til at udstråle den lagrede energi i form af et yderligere strålingskvante, hvis frekvens og fase er identiske med egenskaberne af den oprindelige foton af det nyttige signal. Det vil sige, at fra én indledende foton, efter processen med stimuleret emission, opnås to, og selve processen med stimuleret emission kan sammenlignes med processen med lavinelignende multiplikation, fordi i hver elementær handling af stimuleret emission, er to fotoner opnået med de samme egenskaber: energi, fase, polarisation og udbredelsesretning, så er der sammenhængende fotoner.
Som et resultat viser det sig, at antallet af fotoner af et nyttigt (input) signal, der passerer gennem et medium med en omvendt population, stiger proportionalt med antallet af stimulerede emissionshandlinger, og da alle sekundære fotoner er kohærente, er deres helhed en elektromagnetisk bølge, der kun adskiller sig fra den elektromagnetiske bølge af inputsignalet ved en større intensitet, mens erbium-atomerne, efter at have opgivet den lagrede energi i løbet af stimuleret emission, vender tilbage til jorden, uexciteret tilstand, og kan overføres igen til den exciterede tilstand ved absorption af pumpestrålingsfotoner.
Miljøet med invers population er en af hoveddelene af fiberforstærkeren, en anden nødvendig del er det optiske feedbacksystem, som på grund af refleksion returnerer en del af strålingen tilbage og derved skaber forstærkning. Overgangen til lasergenereringstilstanden gør forstærkeren til en laser og ødelægger fuldstændig strukturen af inputsignalet, hvilket forhindrer korrekt forstærkning, derfor forsøger de at slippe af med den positive optiske feedback ved at indføre optiske "isolatorer" i systemet i de steder, hvor feedback på grund af refleksion kan forekomme: for eksempel ved forstærkerens udgang, ved forbindelsespunktet til den optiske fibers forstærker, som er grænsefladen, ved hvilken refleksion opstår på grund af optisk inhomogenitet.
Hovedkilden til støj i DFA er forstærket spontan emission (ASE), som har et spektrum, der er omtrent det samme som forstærkerens forstærkningsspektrum. Støjtallet i en ideel DFA er 3 dB, mens støjtallet i praktiske forstærkere kan være helt op til 6–8 dB.
På nuværende tidspunkt er EDFA-forstærkere baseret på silicium og fluor-zirconat meget brugt. Begge typer anvendes over hele arbejdsområdet for erbium (1530–1560 nm).
Et af problemerne ved siliciumbaserede EDFA'er er forstærkningens ret stærke afhængighed af bølgelængden, hvilket gør det vanskeligt at bruge dem i DWDM - systemer (forskellige SNR'er opnås på forskellige DWDM-kanaler). For sådanne EDFA'er anvendes pumpning ved en bølgelængde på 980 nm.
Fluor-zirconat-baserede EDFA'er indeholder mere erbium, men har et højere støjniveau på grund af brugen af en 1480 nm pumpelaser.