1. KlasifikáciaFtrúbkaAmplifiče
Existujú tri hlavné typy optických zosilňovačov:
(1) polovodičový optický zosilňovač (SOA, optický zosilňovač polovodičov);
(2) Zosilňovače optických vlákien dotovaných prvkami vzácnych zemín (Erbium Er, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium ND atď.), Hlavne zosilňovačmi vlákniny dopovaných Erbium (Edfa), ako aj zosilňovače vlákniny dopované Thulium (TDFA) a zosilňovače vlákien dopované Praseodymium (PDFA) atď.
(3) zosilňovače nelineárnych vlákien, hlavne zosilňovače vlákien Raman (FRA, zosilňovač vlákien Raman). Hlavné porovnanie výkonnosti týchto optických zosilňovačov je uvedené v tabuľke
EDFA (zosilňovač vlákien dotovaného Erbium)
Viacúrovňový laserový systém môže byť vytvorený dopingom kremenného vlákna s prvkami vzácnych zemín (napríklad ND, ER, PR, TM atď.) A vstupné signálne svetlo je priamo zosilnené pod pôsobením svetla čerpadla. Po poskytnutí primeranej spätnej väzby sa vytvorí vláknitý laser. Pracovná vlnová dĺžka zosilňovača vlákien DD-Doped je 1060nm a 1330nm a jeho vývoj a aplikácia sú obmedzené v dôsledku odchýlky od najlepšieho drezového portu komunikácie z optickej vlákna a ďalších dôvodov. Prevádzkové vlnové dĺžky EDFA a PDFA sú v okne najnižšej straty (1550nm) a nulovej disperznej vlnovej dĺžky (1300nm) komunikácie optických vlákien a TDFA pracuje v S-pásme, ktoré sú veľmi vhodné pre aplikácie komunikačného systému optických vlákien. Najmä EDFA, najrýchlejší vývoj, bol praktický.
TenPrinciple z EDFA
Základná štruktúra EDFA je znázornená na obrázku 1 (a), ktorý sa skladá hlavne z aktívneho média (oxidu kremičitého dotovaného ERBIUM približne desiatkami metrov dlhých, s priemerom jadra 3-5 mikrónov a dopingovej koncentrácie (25-1000) X10-6), zdroja čerpadla (990 alebo 1480nM LD), optického couplora a optického izolátora. Svetlo svetla a svetla čerpadla sa môže šíriť v rovnakom smere (kodirekčné čerpanie), opačné smery (spätné čerpanie) alebo obidva smery (obojsmerné čerpanie) v vlákne Erbium. Keď sa signálne svetlo a svetlo čerpadla vstrekujú do vlákna Erbium súčasne, ióny Erbium sú vzrušené na vysokú energiu pri pôsobení svetla pumpy (obrázok 1 (B), trojúrovňový systém) a rýchlo sa rozpadnú na metastabilnú hladinu energie, keď sa vráti do zeme pri pôsobení dopadajúceho signálneho svetla, emituje fotóny, ktoré korešpondujú s signálom svetla, takže je zosilnený. Obrázok 1 (c) je jeho spektrum spontánnej spontánnej emisie (ASE) s veľkou šírkou pásma (do 20-40nm) a dva píky zodpovedajúce 1530nm a 1550nm.
Hlavnými výhodami EDFA sú vysoký zisk, veľká šírka pásma, vysoký výkon, vysoká účinnosť čerpadla, nízka strata vloženia a necitlivosť na stav polarizácie.
2. Problémy s optickými zosilňovačmi vlákien
Aj keď optický zosilňovač (najmä EDFA) má veľa vynikajúcich výhod, nie je to ideálny zosilňovač. Okrem dodatočného hluku, ktorý znižuje SNR signálu, existujú aj ďalšie nedostatky, napríklad:
- nerovnomernosť spektra zisku v šírke pásma zosilňovača ovplyvňuje viackanálovú amplifikačnú výkonnosť;
- Keď sú optické zosilňovače kaskádované, hromadia sa účinky hluku ASE, disperzie vlákien a nelineárnych účinkov.
Tieto problémy sa musia brať do úvahy pri návrhu aplikácií a systému.
3. Aplikácia optického zosilňovača v komunikačnom systéme optických vlákien
V komunikačnom systéme optických vlákien,Optický zosilňovač vláknaMôže sa používať nielen ako zosilňovač výkonu vysielača na zvýšenie prenosového výkonu, ale aj ako predzosilňovač prijímača na zlepšenie citlivosti na prijímanie a môže tiež nahradiť tradičný optický-elektrický optický opakovač, rozšíriť prenosovú vzdialenosť a realizovať celú zopnú komunikáciu.
V komunikačných systémoch optických vlákien sú hlavnými faktormi obmedzujúcimi prenosovú vzdialenosť stratu a rozptyl optického vlákna. Vplyv disperzie vlákien je malý, alebo pracujem v blízkosti vlnovej dĺžky nulovej disperznej dĺžky, je malý. Tento systém nemusí vykonávať úplnú regeneráciu načasovania signálu (3R relé) na každej reléovej stanici. Stačí priamo zosilniť optický signál optickým zosilňovačom (relé 1R). Optické zosilňovače sa môžu používať nielen v systémoch kmeňa na dlhé vzdialenosti, ale aj v siete distribúcie optických vlákien, najmä v systémoch WDM, na súčasné zosilnenie viacerých kanálov.
1) Uplatňovanie optických zosilňovačov v komunikačných systémoch optických vlákien kufra
Obr. 2 je schematickým diagramom aplikácie optického zosilňovača v komunikačnom systéme optického vlákna kufra. (A) Obrázok ukazuje, že optický zosilňovač sa používa ako zosilňovač výkonového zosilnenia vysielača a predzosilňovač prijímača tak, aby sa zdvojnásobila vzdialenosť, ktorá sa nereála. Napríklad prijatie EDFA, prenos systému Vzdialenosť 1,8 GB/s sa zvyšuje z 120 km na 250 km alebo dokonca dosahuje 400 km. Obrázok 2 (b)-(d) je aplikácia optických zosilňovačov vo viacnásobných systémoch; Obrázok (b) je tradičný režim 3R relé; Obrázok (C) je režim zmiešaného relé 3R zosilňovačov a optických zosilňovačov; Obrázok 2 (d) Je to režim všetkých optických relé; Vo všetkých optických komunikačných systémoch nezahŕňa obvody načasovania a regenerácie, takže je bit-transparentný a neexistuje žiadne obmedzenie „elektronického fľaše“. Pokiaľ je vymenené zariadenie na odosielanie a prijímanie na oboch koncoch, je ľahké upgradovať z nízkej rýchlosti na vysokú rýchlosť a optický zosilňovač nemusí byť vymenený.
2) Aplikácia optického zosilňovača v sieti distribučných vlákien optických vlákien
Vysoké výstupné výhody optických zosilňovačov (najmä EDFA) sú veľmi užitočné v distribučných sieťach širokopásmového pripojenia (ako napríkladŠťavuSiete). Tradičná sieť CATV prijíma koaxiálny kábel, ktorý je potrebné zosilniť každých niekoľko stoviek metrov, a polomer služby siete je asi 7 km. Sieť optických vlákien CATV s použitím optických zosilňovačov môže nielen výrazne zvýšiť počet distribuovaných používateľov, ale tiež výrazne rozširovať sieťovú cestu. Posledný vývoj ukázal, že distribúcia optických vlákien/hybrid (HFC) čerpá silné stránky oboch a má silnú konkurencieschopnosť.
Obrázok 4 je príkladom distribučnej siete optických vlákien pre moduláciu AM-VSB 35 kanálov TV. Svetelným zdrojom vysielača je DFB-LD s vlnovou dĺžkou 1550 Nm a výstupným výkonom 3,3 dbm. Použitie 4 -stupňovej EDFA ako zosilňovača distribúcie výkonu je jeho vstupný výkon asi -6dbm a jeho výstupný výkon je približne 13 dBm. Citlivosť optického prijímača -9.2d BM. Po 4 úrovniach distribúcie dosiahol celkový počet používateľov 4,2 milióna a sieťová cesta je viac ako desiatky kilometrov. Vážený pomer signálu k šumu testu bol väčší ako 45 dB a EDFA nespôsobila zníženie CSO.
Čas príspevku: 2. apríla-2023