1. KlasifikáciaFiberAzosilňovače
Existujú tri hlavné typy optických zosilňovačov:
(1) Polovodičový optický zosilňovač (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Optické zosilňovače dopované prvkami vzácnych zemín (erbium Er, thulium Tm, prazeodym Pr, rubídium Nd atď.), hlavne erbiom dopované vláknové zosilňovače (EDFA), ako aj zosilňovače vlákien dopované thúliom (TDFA) a zosilňovače vlákien dopované prazeodýmom (PDFA) atď.
(3) Nelineárne vláknové zosilňovače, hlavne vláknové Ramanove zosilňovače (FRA, Fiber Raman Amplifier). Hlavné porovnanie výkonu týchto optických zosilňovačov je uvedené v tabuľke
EDFA (zosilňovač vlákien dopovaný erbiom)
Viacúrovňový laserový systém môže byť vytvorený dopovaním kremenného vlákna prvkami vzácnych zemín (ako sú Nd, Er, Pr, Tm atď.) a vstupné signálne svetlo je priamo zosilnené pôsobením svetla pumpy. Po poskytnutí vhodnej spätnej väzby sa vytvorí vláknový laser. Pracovná vlnová dĺžka Nd-dopovaného vláknového zosilňovača je 1060nm a 1330nm a jeho vývoj a aplikácia sú obmedzené z dôvodu odchýlky od najlepšieho záchytného portu komunikácie z optických vlákien a iných dôvodov. Prevádzkové vlnové dĺžky EDFA a PDFA sú v okne s najnižšou stratou (1550nm) a vlnovou dĺžkou s nulovou disperziou (1300nm) komunikácie z optických vlákien a TDFA pracuje v pásme S, ktoré sú veľmi vhodné pre aplikácie komunikačných systémov s optickými vláknami. . Najmä EDFA, najrýchlejší vývoj, bol praktický.
ThePprincíp EDFA
Základná štruktúra EDFA je znázornená na obrázku 1(a), ktorý sa skladá hlavne z aktívneho média (erbiom dopované kremičité vlákno dlhé asi desiatky metrov, s priemerom jadra 3-5 mikrónov a koncentráciou dopingu (25 -1000)x10-6), zdroj svetla pumpy (990 alebo 1480nm LD), optická spojka a optický izolátor. Signálne svetlo a svetlo pumpy sa môžu šíriť v erbiovom vlákne v rovnakom smere (kosmerné čerpanie), opačných smeroch (reverzné čerpanie) alebo oboma smermi (obojsmerné čerpanie). Keď sa signálne svetlo a svetlo pumpy vstreknú do vlákna erbia súčasne, ióny erbia sa pôsobením svetla pumpy vybudia na vysokú energetickú úroveň (obrázok 1 (b), trojúrovňový systém), a rýchlo sa rozpadne na metastabilnú energetickú hladinu, keď sa pôsobením dopadajúceho signálneho svetla vráti do základného stavu, vyžaruje fotóny zodpovedajúce signálnemu svetlu, takže signál je zosilnený. Obrázok 1 (c) je jeho spektrum zosilnenej spontánnej emisie (ASE) s veľkou šírkou pásma (až do 20-40 nm) a dvoma vrcholmi zodpovedajúcimi 1530 nm a 1550 nm.
Hlavnými výhodami EDFA sú vysoký zisk, veľká šírka pásma, vysoký výstupný výkon, vysoká účinnosť čerpadla, nízka vložená strata a necitlivosť na stav polarizácie.
2. Problémy s optickými zosilňovačmi
Hoci má optický zosilňovač (najmä EDFA) mnoho vynikajúcich výhod, nie je ideálnym zosilňovačom. Okrem dodatočného šumu, ktorý znižuje SNR signálu, existujú niektoré ďalšie nedostatky, ako napríklad:
- Nerovnomernosť spektra zosilnenia v rámci šírky pásma zosilňovača ovplyvňuje výkon viackanálového zosilnenia;
- Pri kaskádovaní optických zosilňovačov sa budú kumulovať efekty ASE šumu, rozptylu vlákien a nelineárne efekty.
Tieto problémy je potrebné zvážiť pri návrhu aplikácie a systému.
3. Aplikácia optického zosilňovača v komunikačnom systéme s optickými vláknami
V komunikačnom systéme s optickými vláknami jeOptický zosilňovačmôže byť použitý nielen ako zosilňovač na zvýšenie výkonu vysielača na zvýšenie vysielacieho výkonu, ale aj ako predzosilňovač prijímača na zlepšenie citlivosti príjmu a môže tiež nahradiť tradičný opticko-elektricko-optický opakovač na rozšírenie prenosu vzdialenosť a realizovať celooptickú komunikáciu.
V komunikačných systémoch s optickými vláknami sú hlavnými faktormi obmedzujúcimi prenosovú vzdialenosť strata a rozptyl optického vlákna. Pri použití úzkospektrálneho svetelného zdroja alebo pri práci v blízkosti vlnovej dĺžky s nulovou disperziou je vplyv disperzie vlákien malý. Tento systém nemusí vykonávať úplnú regeneráciu časovania signálu (3R relé) na každej reléovej stanici. Optický signál stačí priamo zosilniť optickým zosilňovačom (1R relé). Optické zosilňovače možno použiť nielen v diaľkových diaľkových systémoch, ale aj v distribučných sieťach s optickými vláknami, najmä v systémoch WDM, na zosilnenie viacerých kanálov súčasne.
1) Aplikácia optických zosilňovačov v komunikačných systémoch s optickými vláknami
Obr. 2 je schematický diagram aplikácie optického zosilňovača v diaľkovom optickom vláknovom komunikačnom systéme. (a) obrázok ukazuje, že optický zosilňovač sa používa ako zosilňovač na zvýšenie výkonu vysielača a predzosilňovača prijímača, takže vzdialenosť bez relé sa zdvojnásobí. Napríklad prijatie EDFA, systémového prenosu vzdialenosť 1,8 Gb/s sa zvýši zo 120 km na 250 km alebo dokonca dosiahne 400 km. Obrázok 2 (b)-(d) je aplikácia optických zosilňovačov v multireléových systémoch; Obrázok (b) je tradičný 3R režim relé; Obrázok (c) je režim zmiešaného relé 3R zosilňovačov a optických zosilňovačov; Obrázok 2 (d) Ide o celooptický reléový režim; v celooptickom komunikačnom systéme neobsahuje časovacie a regeneračné obvody, takže je bitovo transparentný a nie je tu žiadne obmedzenie „elektronickej fľaše“. Pokiaľ sa vymení odosielacie a prijímacie zariadenie na oboch koncoch, je ľahké upgradovať z nízkej rýchlosti na vysokú rýchlosť a optický zosilňovač nie je potrebné vymieňať.
2) Aplikácia optického zosilňovača v distribučnej sieti s optickými vláknami
Výhody vysokého výkonu optických zosilňovačov (najmä EDFA) sú veľmi užitočné v širokopásmových distribučných sieťach (ako naprCATVsiete). Tradičná CATV sieť využíva koaxiálny kábel, ktorý je potrebné zosilniť každých niekoľko stoviek metrov a dosah siete je približne 7 km. Optická sieť CATV využívajúca optické zosilňovače môže nielen výrazne zvýšiť počet distribuovaných používateľov, ale aj výrazne rozšíriť sieťovú cestu. Nedávny vývoj ukázal, že distribúcia optického vlákna/hybridu (HFC) čerpá silné stránky oboch a má silnú konkurencieschopnosť.
Obrázok 4 je príklad distribučnej siete z optických vlákien pre AM-VSB moduláciu 35 TV kanálov. Svetelným zdrojom vysielača je DFB-LD s vlnovou dĺžkou 1550nm a výstupným výkonom 3,3dBm. Pri použití 4-úrovňového EDFA ako zosilňovača na distribúciu energie je jeho vstupný výkon približne -6 dBm a 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 má viac ako desiatky kilometrov. Vážený pomer signálu k šumu testu bol väčší ako 45 dB a EDFA nespôsobila zníženie CSO.
Čas odoslania: 23. apríla 2023