1. klasifikaceFIberAmplifikátory
Existují tři hlavní typy optických zesilovačů:
(1) polovodičový optický zesilovač (SOA, polovodičový optický zesilovač);
(2) Optické zesilovače z optických vláken dopované prvky vzácných zemin (Erbium ER, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium ND atd.), Zvyšují se hlavně zesilovače vlákna dopovaného erbiem (erbium dotované (EDFA), stejně jako zesilovače vláken dopované z thulia (TDFA) a zesilovače vlákna dotovaného praseodymium (PDFA) atd. atd.
(3) Nelineární zesilovače vláken, hlavně zesilovače vlákna Ramana (FRA, zesilovač vlákna Ramana). Hlavní porovnání výkonu těchto optických zesilovačů je uvedeno v tabulce
EDFA (zesilovač vlákna dopovaného Erbium)
Víceúrovňový laserový systém může být vytvořen dopingem křemenného vlákna vzácnými prvky (jako je ND, ER, PR, TM atd.) A vstupní signální světlo je přímo amplifikováno pod působením světla čerpadla. Po poskytnutí vhodné zpětné vazby se vytvoří vláknový laser. Pracovní vlnová délka zesilovače vlákniny ND je 1060 nm a 1330 nm a jeho vývoj a použití jsou omezeny kvůli odchylce od nejlepšího portů z optické komunikace z vlákna a dalších důvodů. Provozní vlnové délky EDFA a PDFA jsou v okně nejnižší ztráty (1550nm) a vlnové délky nulové disperze (1300 nm) komunikace optických vláken a TDFA pracuje v pásmu S, které jsou velmi vhodné pro aplikace komunikačního systému optických vláken. Zejména EDFA, nejrychlejší vývoj, byl praktický.
ThePRinciple of Edfa
Základní struktura EDFA je znázorněna na obrázku 1 (a), která je složena hlavně z aktivního média (erbiově dotované vlákna o desítkách desítek metrů, s průměrem jádra 3-5 mikronů a dopingové koncentrace (25-1000) x10-6), čerpacího světelného zdroje (990 nebo 1480nm), optického izolátoru. Světlo signálního světla a světlo čerpadla se mohou šířit ve stejném směru (kodicerové čerpání), opačné směry (reverzní čerpání) nebo obě směry (obousměrné čerpání) v erbiovém vláknu. Když se do erbiového vlákna současně injikuje signální světlo a světlo čerpadla, jsou ionty erbiové nadšené na vysokou energetickou hladinu pod působením světla čerpadla (obrázek 1 (b), tříúrovňový systém) a rychle se rozkládá na metastabilní energetickou hladinu, když se vrací do pozemního stavu pod účinkem incidentního signálu, takže signál je ampluzí. Obrázek 1 (c) je jeho amplifikované spektrum spontánní emise (ASE) s velkou šířkou pásma (až 20-40nm) a dva píky odpovídající 1530 nm a 1550 nm.
Hlavními výhodami EDFA jsou vysoký zisk, velká šířka pásma, vysoký výstupní výkon, vysoká účinnost čerpadla, nízká ztráta vložení a necitlivost na polarizační stav.
2. Problémy s optickými zesilovači vlákna
Ačkoli optický zesilovač (zejména EDFA) má mnoho vynikajících výhod, není to ideální zesilovač. Kromě dalšího šumu, který snižuje SNR signálu, existují i další nedostatky, například:
- Nerovnoměrnost spektra zisku v šířce pásma zesilovače ovlivňuje vícekanálovou amplifikační výkon;
- Když jsou optické zesilovače kaskádové, hromadí se účinky šumu ASE, disperze vláken a nelineárních účinků.
Tyto problémy musí být zváženy při navrhování aplikací a systému.
3. Aplikace optického zesilovače v komunikačním systému optických vláken
V komunikačním systému optických vlákenOptický zesilovač vláknaLze použít nejen jako zesilovač výkonu výkonu vysílače ke zvýšení přenosové síly, ale také jako předzesilovač přijímače ke zlepšení citlivosti přijímání a může také nahradit tradiční opticky-elektrický optický opakovač, aby se prodloužila vzdálenost přenosu a realizovala alloptickou komunikaci.
V systémech komunikace optických vláken jsou hlavními faktory omezujícími přenosovou vzdálenost ztráta a rozptyl optického vlákna. Pomocí zdroje světla s úzkým spektrem nebo pracujícím poblíž vlnové délky nulové disperze je vliv disperze vlákna malý. Tento systém nemusí provádět úplnou regeneraci načasování signálu (relé 3R) na každé reléové stanici. Stačí přímo amplifikovat optický signál pomocí optického zesilovače (1R relé). Optické zesilovače lze použít nejen v systémech dlouhého kmene, ale také v optických distribučních sítích, zejména v systémech WDM, k zesílení více kanálů současně.
1) Aplikace optických zesilovačů v systémech komunikace optických vláken kmene
Obr. 2 je schematický diagram aplikace optického zesilovače v komunikačním systému optických vláken. (a) Obrázek ukazuje, že optický zesilovač se používá jako zesilovač výkonu vysílače a předzesilovač přijímače tak, aby se vzdálenost bez relay zdvojnásobila. Například přijetí EDFA, přenosu systému Vzdálenost 1,8 GB/s se zvyšuje ze 120 km na 250 km nebo dokonce dosáhne 400 km. Obrázek 2 (b)-(d) je aplikace optických zesilovačů ve vícerozměrných systémech; Obrázek (b) je tradiční režim relé 3R; Obrázek (c) je režim smíšeného relé 3R opakovačů a optických zesilovačů; Obrázek 2 (d) se jedná o režim all-optického relé; V alloptickém komunikačním systému nezahrnuje obvody načasování a regenerace, takže je to bitové průhlednosti a neexistuje žádné omezení „elektronického vousů“. Dokud je na obou koncích vyměněno odesílání a přijímací zařízení, je snadné upgradovat z nízké rychlosti na vysokou rychlost a optický zesilovač nemusí být vyměněn.
2) Aplikace optického zesilovače v síti distribuce optických vláken
Výhody s vysokým výkonem optických zesilovačů (zejména EDFA) jsou velmi užitečné v širokopásmových distribučních sítích (napříkladCatvSítě). Tradiční síť CATV přijímá koaxiální kabel, který je třeba zesílit každých několik set metrů a poloměr služeb sítě je asi 7 km. Síť CATV optických vláken pomocí optických zesilovačů může nejen výrazně zvýšit počet distribuovaných uživatelů, ale také výrazně rozšířit síťovou cestu. Nedávný vývoj ukázal, že distribuce optických vláken/hybridních (HFC) přitahuje silné stránky obou a má silnou konkurenceschopnost.
Obrázek 4 je příkladem distribuční sítě optických vláken pro modulaci AM-VSB 35 kanálů TV. Světelný zdroj vysílače je DFB-LD s vlnovou délkou 1550 nm a výstupním výkonem 3,3 dBm. Použití čtyřúrovňového EDFA jako zesilovače distribuce napájení je jeho vstupní výkon asi -6dBm a jeho výstupní výkon je asi 13 dBm. Optická citlivost přijímače -9,2d bm. Po 4 úrovních distribuce dosáhl celkový počet uživatelů 4,2 milionu a síťová cesta je více než desítky kilometrů. Vážený poměr signál-šum v testu byl větší než 45 dB a EDFA nezpůsobil snížení CSO.
Čas příspěvku: APR-23-2023