1. KlasifikacijaFiberAMplifiers
Obstajajo tri glavne vrste optičnih ojačevalnikov:
(1) polprevodniški optični ojačevalnik (SOA, polprevodniški optični ojačevalnik);
(2) Optični ojačevalniki vlaken, dopirani z redkimi zemeljskimi elementi (Erbium ER, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium ND itd.)EDFA), kot tudi ojačevalniki vlaken, dopiranih s thulijem (TDFA) in ojačevalniki vlaken, dopiranih s praseodimijem (PDFA), ETC.
(3) Nelinearni ojačevalniki vlaken, predvsem vlaknaste ramanske ojačevalnike (FRA, vlakna Ramana ojačevalnika). Glavna primerjava zmogljivosti teh optičnih ojačevalnikov je prikazana v tabeli
EDFA (ojačevalnik z dopiranimi vlakni Erbium)
Laserski sistem na več ravneh lahko tvorimo z dopingom kremenčevega vlakna z redkimi zemeljskimi elementi (kot so ND, ER, PR, TM itd.), In vhodno signalno luč je neposredno ojačana pod delovanjem luči črpalke. Po zagotavljanju ustreznih povratnih informacij se oblikuje laser iz vlaken. Delovna valovna dolžina ND-dopiranega ojačevalnika vlaken je 1060nm in 1330nm, njegov razvoj in uporaba pa sta omejena zaradi odstopanja od najboljšega pristanišča za optično komunikacijo vlaken in drugih razlogov. Operacijske valovne dolžine EDFA in PDFA so v oknu najnižje izgube (1550nm) in ničelne disperzijske valovne dolžine (1300Nm) komunikacije z optičnimi vlakni, TDFA pa deluje v pasu S, ki je zelo primerna za aplikacije komunikacijskega sistema za optične vlakne. Zlasti EDFA, najhitrejši razvoj, je bil praktičen.
ThePRINCIPLE EDFA
Osnovna struktura EDFA je prikazana na sliki 1 (a), ki je sestavljena predvsem iz aktivnega medija (erbijsko dopirano silicijevo vlakno približno več deset metrov, s premerom jedra 3-5 mikronov in koncentracijo dopinga (25-1000) x10-6), vira svetlobe črpalke (990 ali 1480nm LD), optičnega para in optičnega izolatorja. Signalna svetloba in luč črpalke se lahko širita v isti smeri (kodično črpanje), nasprotne smeri (reverzno črpanje) ali obe smeri (dvosmerna črpalka) v vlaknu Erbium. Ko signalna luč in luč črpalke vbrizgata v erbijevo vlakno hkrati, se erbijevi ioni vzbudijo na visoko energijsko raven pod delovanjem luči črpalke (slika 1 (b), tristopenjski sistem) in hitro propadejo na metastabilno raven energije, ko se vrne v osnovno stanje, ki pod deluje luč, ki ustreza signalu. Slika 1 (c) je njegov amplificirani spontani emisijski (ASE) spekter z veliko pasovno širino (do 20-40Nm) in dvema vrhoma, ki ustrezata 1530Nm oziroma 1550nm.
Glavne prednosti EDFA so visok dobiček, velika pasovna širina, visoka izhodna moč, visoka učinkovitost črpalke, nizka izguba vstavitve in neobčutljivost v stanje polarizacije.
2. Težave z optičnimi ojačevalniki vlaken
Čeprav ima optični ojačevalnik (zlasti EDFA) številne izjemne prednosti, to ni idealen ojačevalnik. Poleg dodatnega hrupa, ki zmanjšuje SNR signala, obstajajo nekatere druge pomanjkljivosti, kot so:
- neenakomernost pridobitvenega spektra znotraj pasovne širine ojačevalnika vpliva na delovanje večkanalne amplifikacije;
- Ko so optični ojačevalniki kaskadni, se bodo nabrali učinki hrupa ASE, disperzije vlaken in nelinearnih učinkov.
Te težave je treba upoštevati pri oblikovanju aplikacij in sistema.
3. Uporaba optičnega ojačevalnika v komunikacijskem sistemu optičnih vlaken
V komunikacijskem sistemu optičnih vlakenOptični ojačevalnik vlakenZa povečanje moči prenosa se lahko uporablja ne le kot ojačevalnik moči oddajnika, ampak tudi kot predojačevalnik sprejemnika za izboljšanje občutljivosti za sprejem, poleg tega pa lahko nadomesti tudi tradicionalni optično-električno-optični repetitor, da podaljšanje razdalje prenosa in uresniči vse-optično komunikacijo.
V komunikacijskih sistemih optičnih vlaken so glavni dejavniki, ki omejujejo razdaljo prenosa, izguba in disperzija optičnih vlaken. Z uporabo svetlobnega vira ozkega spektra ali delo v bližini valovne dolžine ničelne disperzije je vpliv disperzije vlaken majhen. Ta sistem ni treba izvajati popolne regeneracije časa signala (3. rele) na vsaki relejni postaji. Zadostuje za neposredno ojačanje optičnega signala z optičnim ojačevalnikom (1R rele). Optični ojačevalniki se lahko uporabljajo ne le v sistemih prtljažnika na dolge razdalje, ampak tudi v omrežjih za distribucijo optičnih vlaken, zlasti v sistemih WDM, za hkrati ojačanje več kanalov.
1) Uporaba optičnih ojačevalnikov v komunikacijskih sistemih optičnih vlaken v prtljažniku
Slika 2 je shematični diagram uporabe optičnega ojačevalnika v komunikacijskem sistemu optičnih vlaken. (a) Slika kaže, da se optični ojačevalnik uporablja kot ojačevalnik moči oddajnika in predojačevalnik sprejemnika, tako da se razdalja nelesnice podvoji. Na primer, sprejetje EDFA, sistemskega prenosa Razdalja 1,8 GB/s se poveča z 120 km na 250 km ali celo doseže 400 km. Slika 2 (b)-(d) je uporaba optičnih ojačevalnikov v sistemih z večletnimi releji; Slika (b) je tradicionalni način tretjega releja; Slika (c) je način mešanega releja 3R repetitorjev in optičnih ojačevalnikov; Slika 2 (d) To je vse-optični relejni način; V celotnem optičnem komunikacijskem sistemu ne vključuje časovnih in regeneracijskih vezij, zato je bitna transparentna in ni omejitev "elektronske steklenice". Dokler je oprema za pošiljanje in sprejem na obeh koncih zamenjana, jo je enostavno nadgraditi z nizke hitrosti na visoko hitrost, optičnega ojačevalnika pa ni treba zamenjati.
2) Uporaba optičnega ojačevalnika v omrežju za distribucijo optičnih vlaken
Prednosti visoke izhodne moči optičnih ojačevalnikov (zlasti EDFA) so zelo uporabne v širokopasovnih distribucijskih omrežjih (na primerCATVOmrežja). Tradicionalno omrežje CATV sprejme koaksialni kabel, ki ga je treba povečati vsakih sto metrov, polmer storitve omrežja pa je približno 7 km. Omrežje optičnih vlaken z uporabo optičnih ojačevalnikov ne more le močno povečati števila porazdeljenih uporabnikov, ampak tudi močno razširiti omrežno pot. Nedavni dogodki so pokazali, da porazdelitev optičnih vlaken/hibrida (HFC) pritegne prednosti obeh in ima močno konkurenčnost.
Slika 4 je primer omrežja za distribucijo optičnih vlaken za modulacijo AM-VSB 35 kanalov TV. Svetlobni vir oddajnika je DFB-LD z valovno dolžino 1550Nm in izhodno močjo 3,3 dBm. Z uporabo 4 -stopnje EDFA kot ojačevalnika porazdelitve moči je njegova vhodna moč približno -6dbm, njegova izhodna moč pa približno 13 dBm. Optična občutljivost sprejemnika -9,2d bm. Po 4 stopnjah distribucije je skupno število uporabnikov doseglo 4,2 milijona, omrežna pot pa več kot več deset kilometrov. Uteženo razmerje med signalom in šumom v testu je bilo večje od 45 dB, EDFA pa ni povzročila zmanjšanja CSO.
Čas objave: APR-23-2023