1. КласифікаціяFіберAMplifiers
Існує три основні типи оптичних підсилювачів:
(1) напівпровідниковий оптичний підсилювач (SOA, напівпровідниковий оптичний підсилювач);
(2) Підсилювачі оптичних волокон, допедуються рідкісними елементами землі (Erbium ER, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium ND тощо), переважно підсилювачі волокна, легованих ERBIUM (EDFA), а також підсилювачі волокон, леговані тулієм (TDFA) та підсилювачі волокон, леговані на празодімію (PDFA) тощо.
(3) Нелінійні підсилювачі волокна, в основному підсилювачі волокон Рамана (FRA, волокно Раман підсилювач). Основне порівняння цих оптичних підсилювачів показано в таблиці
EDFA (підсилювач волокон, що лежить в ERBIUM)
Багаторівнева лазерна система може бути сформована шляхом допування кварцового волокна з рідкісними елементами землі (наприклад, ND, ER, PR, TM тощо), а світло вхідного сигналу безпосередньо посилюється під дією світла насоса. Після надання відповідного зворотного зв'язку утворюється волоконний лазер. Довжина робочої хвилі підсилювача волокна, що лежить на ND, становить 1060 нм та 1330 нм, а його розробка та застосування обмежені через відхилення від найкращого порту волоконно-оптичної комунікації та інших причин. Довжини робочих хвиль EDFA та PDFA знаходяться відповідно у вікні найнижчих втрат (1550 нм) та довжини хвилі з нульовою дисперсією (1300 нм) оптичного спілкування з волокон, а TDFA працює в S-діапазоні, які дуже підходять для застосування оптичної волоконної системи. Особливо EDFA, найшвидший розвиток, був практичним.
ЗPrinciple Edfa
Основна структура EDFA показана на малюнку 1 (а), яка в основному складається з активного середовища (клікер з кремнезером, що лежить в ERBIUM довжиною, з діаметром ядра 3-5 мкм та допінговою концентрацією (25-1000) X10-6), джерелом насосів (990 або 1480nm ld), оптичним способом та оптиком. Світло сигналу та насоса може поширюватися в одному напрямку (кодиральне накачування), протилежні напрямки (зворотне перекачування) або обидва напрямки (двонаправлене накачування) у волокні Erbium. Коли світло сигналу та світло насоса одночасно вводять у волокно Erbium, іони ERBIUM збуджуються до високого рівня енергії під дією світла насоса (рис. 1 (б), трирівневої системи) і швидко розпадається до метастабільного рівня енергії, коли він повертається до землі під дією сигналу, що інцитується, випромінює фотони, що відповідає сигналу, так що сигналу. Рисунок 1 (с)-це його посилений спектр спонтанного випромінювання (ASE) з великою пропускною здатністю (до 20-40 нм) та двома піками, що відповідають відповідно 1530 нм та 1550 нм.
Основними перевагами EDFA є високий приріст, велика пропускна здатність, висока потужність виходу, висока ефективність насоса, низька втрата вставки та нечутливість до стану поляризації.
2. Проблеми з оптичними підсилювачами волокон
Хоча оптичний підсилювач (особливо EDFA) має багато видатних переваг, він не є ідеальним підсилювачем. Окрім додаткового шуму, який зменшує SNR сигналу, є деякі інші недоліки, такі як:
- нерівномірність спектру посилення в межах пропускної здатності підсилювача впливає на продуктивність багатоканальної ампліфікації;
- Коли оптичні підсилювачі будуть каскадні, накопичуються наслідки шуму АСЕ, дисперсії волокна та нелінійних ефектів.
Ці проблеми повинні розглядатися в дизайні застосування та системи.
3. Застосування оптичного підсилювача в оптичній системі комунікації
В системі оптичного волоконного зв'язкуВолоконний оптичний підсилювачМоже бути використаний не лише як підсилювач посилення потужності передавача для збільшення потужності передачі, але і як підсилювач приймача для поліпшення чутливості, а також може замінити традиційний оптичний-електричний ретрансатор для розширення відстані передачі та реалізації всеоптичної комунікації.
В системах оптичних волокон зв'язку основними факторами, що обмежують відстань передачі, є втрата та дисперсія оптичного волокна. Використовуючи джерело світла вузького спектру дії або, працюючи біля довжини хвилі нульової дисеперії, вплив дисперсії волокна невелика. Ця система не потрібно проводити повну регенерацію часу сигналу (3R реле) на кожній станції реле. Досить безпосередньо посилити оптичний сигнал з оптичним підсилювачем (1R реле). Оптичні підсилювачі можуть бути використані не тільки в системах багажника на великі відстані, але і в мережах розподілу оптичних волокон, особливо в системах WDM, для одночасно посилення декількох каналів.
1) Застосування оптичних підсилювачів у системах оптичних волоконних комунікацій
Рис. 2 - це схематична схема застосування оптичного підсилювача в системі комунікації оптичного волокна. (a) На малюнку видно, що оптичний підсилювач використовується як підсилювач посилення потужності передавача та підсилювач приймача, щоб не відстань не було вдвічі. Наприклад, прийняття EDFA, трансмісія системи Відстань на 1,8 Гб/с збільшується з 120 км до 250 км або навіть досягає 400 км. Малюнок 2 (b)-(d)-це застосування оптичних підсилювачів у багатокоротливих системах; Фігура (b) - традиційний режим 3R реле; Фігура (с) - це змішане реле режиму 3R ретрансляторів та оптичних підсилювачів; Малюнок 2 (d) Це всеоптичний режим реле; У всесптичній системі комунікації вона не включає схеми часу та регенерації, тому він є прозорим, і не існує обмеження "електронної пляшки з пляшкою". Поки обладнання, що надсилають та приймає, на обох кінцях замінюється, легко оновити з низької швидкості до високої швидкості, а оптичний підсилювач не потрібно замінювати.
2) Застосування оптичного підсилювача в мережі розподілу оптичних волокон
Переваги високої потужності оптичних підсилювачів (особливо EDFA) дуже корисні в широкосмугових мережах розподілу (наприкладCATVМережі). Традиційна мережа CATV приймає коаксіальний кабель, який потрібно посилити кожні кілька сотень метрів, а радіус служби мережі становить приблизно 7 км. Оптична волокна CATV мережа з використанням оптичних підсилювачів може не лише значно збільшити кількість розподілених користувачів, але й значно розширити мережевий шлях. Останні розробки показали, що розподіл оптичного волокна/гібриду (HFC) малює сильні сторони обох і має сильну конкурентоспроможність.
Малюнок 4-приклад мережі розподілу оптичних волокон для модуляції AM-VSB 35 каналів телевізора. Джерелом світла передавача є DFB-LD з довжиною хвилі 1550 нм та потужністю вихідної потужності 3,3 дб. Використовуючи 4 -рівень EDFA як підсилювач розподілу потужності, його вхідна потужність становить приблизно -6 дБм, а його вихідна потужність -приблизно 13 дб. Оптична чутливість приймача -9.2d BM. Після 4 рівнів розповсюдження загальна кількість користувачів досягла 4,2 мільйона, а мережевий шлях - це більше десятків кілометрів. Зважене співвідношення сигнал-шум тесту було більше 45 дБ, і EDFA не спричинило зниження ОГС.
Час посади: квітня-23-2023