1. Класификация наFИберAmplifiers
Има три основни типа оптични усилватели:
(1) Оптичен усилвател на полупроводник (SOA, полупроводников оптичен усилвател);
(2) Оптични усилватели на влакна, легирани с редки земни елементи (Erbium er, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium nd и др.), Главно усилватели на влакна, легирани с ербий (Едфа), както и усилватели на влакна, легирани с тулий (TDFA) и усилватели, легирани с прасеодим (PDFA), др.
(3) Нелинейни усилватели на влакната, главно влакнести усилватели на раман (FRA, влакнести усилвател на раман). Основното сравнение на ефективността на тези оптични усилватели е показано в таблицата
EDFA (усилвател на влакна с ербий))
Многостепенна лазерна система може да се формира чрез допиране на кварцовото влакно с редки земни елементи (като ND, ER, PR, TM и т.н.), а светлината на входния сигнал се усилва директно под действието на светлината на помпата. След предоставяне на подходяща обратна връзка се образува влакнест лазер. Работната дължина на вълната на усилвателя на влакна ND е 1060nm и 1330nm, а неговото разработване и приложение са ограничени поради отклонение от най-добрия порт за оптична комуникация и други причини. Дължините на работни вълните на EDFA и PDFA са съответно в прозореца на най-ниската загуба (1550 nm) и дължината на вълната на нулева дисперсия (1300nm) на комуникацията с оптични влакна, а TDFA работи в S-лентата, които са много подходящи за приложения за комуникационни системи за оптични влакна. Особено EDFA, най -бързото развитие, е практично.
ThePRinciple от Edfa
Основната структура на EDFA е показана на фигура 1 (а), която се състои главно от активен среден (ербий, легиран от силикагел, с дължина десетки метра, с основен диаметър 3-5 микрона и концентрация на допинг на (25-1000) x10-6), източник на светлина на помпата (990 или 1480nm LD), офтичен съединител и оптична изолатор. Сигналната светлина и светлината на помпата могат да се разпространяват в същата посока (кодиреционно изпомпване), противоположни посоки (обратното изпомпване) или и двете посоки (двупосочно изпомпване) в ербийното влакно. Когато сигналната светлина и светлината на помпата се инжектират в ербийното влакно едновременно, ербиевите йони се вълнуват до високо енергийно ниво под действието на помпата (фигура 1 (б), система от три нива) и бързо се разпада към метастабилното ниво на енергия, когато се върне в основното състояние под действието на случайната светлина на сигнала, тя излъчва фотони, съответстващи на сигналната светлина, така че сигналът да се разпадне. Фигура 1 (с) е неговият усилен спектър на спонтанни емисии (ASE) с голяма честотна лента (до 20-40nm) и два пика, съответстващи съответно на 1530 nm и 1550nm.
Основните предимства на EDFA са висока печалба, голяма честотна лента, висока мощност на изхода, висока ефективност на помпата, ниска загуба на вмъкване и нечувствителност към състояние на поляризация.
2. Проблеми с оптични усилватели на влакна
Въпреки че оптичният усилвател (особено EDFA) има много изключителни предимства, той не е идеален усилвател. В допълнение към допълнителния шум, който намалява SNR на сигнала, има някои други недостатъци, като например:
- неравномерността на спектъра на усилването в рамките на честотната лента на усилвателя влияе върху многоканалната ефективност на усилване;
- Когато оптичните усилватели са каскадни, ефектите на шума от ASE, дисперсията на влакната и нелинейните ефекти ще се натрупат.
Тези проблеми трябва да бъдат разгледани при приложения и дизайн на системата.
3. Приложение на оптичния усилвател в системата за комуникация на оптичните влакна
В системата за комуникация на оптичните влакна,Оптичен усилвател на влакнатаМоже да се използва не само като усилвател на захранване на предавателя за увеличаване на мощността на предаването, но и като предусилвател на приемника за подобряване на чувствителността на приемане, а също така може да замени традиционния оптично-електрически оптичен ретреатор, за да се разшири разстоянието на предаване и да реализира изцяло оптична комуникация.
В системите за комуникация на оптичните влакна основните фактори, ограничаващи разстоянието на предаване, са загубата и дисперсията на оптичното влакно. Използвайки източник на светлина в тесен спектър или работещ в близост до дължината на вълната с нулева дисперсия, влиянието на дисперсията на влакната е малко. Тази система не е необходимо да извършва пълна регенерация на времето за време (3R реле) на всяка релейна станция. Достатъчно е директно усилването на оптичния сигнал с оптичен усилвател (1R реле). Оптичните усилватели могат да се използват не само в системите на багажника на дълги разстояния, но и в мрежите за разпределение на оптични влакна, особено в WDM системите, за да се усилват едновременно множество канала.
1) Прилагане на оптични усилватели в системите за комуникация на оптичните влакна на багажника
Фиг. 2 е схематична схема на прилагането на оптичния усилвател в системата за комуникация на оптичните влакна на багажника. (а) Картината показва, че оптичният усилвател се използва като усилвател на захранване на мощността на предавателя и предусилвателя на приемника, така че разстоянието на не-релето да бъде удвоено. Например, приемане на EDFA, предаването на системата Разстоянието от 1,8 GB/s се увеличава от 120 км до 250 км или дори достига 400 км. Фигура 2 (б)-(г) е прилагането на оптични усилватели в многорелеви системи; Фигура (б) е традиционният режим на 3R реле; Фигура (в) е смесеният реле режим на 3R ретранслатори и оптични усилватели; Фигура 2 (г) това е изцяло оптичен режим на реле; В изцяло оптична комуникационна система тя не включва вериги за време и регенерация, така че е прозрачна и няма ограничение „електронна бутилка“. Докато оборудването за изпращане и получаване в двата края е заменено, е лесно да се надстрои от ниска скорост до висока скорост и не е необходимо оптичният усилвател да бъде заменен.
2) Прилагане на оптичен усилвател в мрежата за разпределение на оптични влакна
Предимствата на високата мощност на оптичните усилватели (особено EDFA) са много полезни в широколентовите разпределителни мрежи (като напримерCATVМрежи). Традиционната мрежа CATV приема коаксиален кабел, който трябва да се усилва на всеки няколкостотин метра, а радиусът на обслужване на мрежата е около 7 км. Мрежата за оптични влакна CATV, използваща оптични усилватели, може не само значително да увеличи броя на разпределените потребители, но и значително да разшири мрежовия път. Последните разработки показват, че разпределението на оптичните влакна/хибрид (HFC) привлича силните страни и на двете и има силна конкурентоспособност.
Фигура 4 е пример за мрежа за разпределение на оптични влакна за AM-VSB модулация на 35 канала на TV. Източникът на светлина на предавателя е DFB-LD с дължина на вълната 1550Nm и изходна мощност 3,3 dBM. Използвайки 4 -ниво EDFA като усилвател на разпределение на мощността, входната му мощност е около -6 dBM, а изходната му мощност е около 13 dBM. Оптична чувствителност на приемника -9.2d BM. След 4 нива на разпределение общият брой на потребителите достигна 4,2 милиона, а мрежовият път е повече от десетки километри. Претегленото съотношение сигнал / шум на теста е по-голямо от 45 dB и EDFA не причини намаляване на ОГС.
Време за публикация: април-23-2023