1. KlasifikācijaFiberApastiprinātāji
Ir trīs galvenie optisko pastiprinātāju veidi:
(1) pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (SOA, pusvadītāju optiskais pastiprinātājs);
(2) Ar retzemju elementiem (erbiju Er, tūliju Tm, prazeodīmu Pr, rubīdiju Nd u. c.) leģēti optisko šķiedru pastiprinātāji, galvenokārt ar erbiju leģēti šķiedru pastiprinātāji (EDFA), kā arī ar tūliju leģētus šķiedru pastiprinātājus (TDFA) un ar prazeodīmu leģētus šķiedru pastiprinātājus (PDFA) utt.
(3) Nelineārie šķiedru pastiprinātāji, galvenokārt šķiedru Ramana pastiprinātāji (FRA, Fiber Raman Amplifier). Šo optisko pastiprinātāju galvenais veiktspējas salīdzinājums ir parādīts tabulā.
EDFA (erbija piedevu šķiedru pastiprinātājs)
Daudzlīmeņu lāzera sistēmu var izveidot, leģējot kvarca šķiedru ar retzemju elementiem (piemēram, Nd, Er, Pr, Tm utt.), un ieejas signāla gaisma tiek tieši pastiprināta ar sūknēšanas gaismas iedarbību. Pēc atbilstošas atgriezeniskās saites nodrošināšanas tiek izveidots šķiedras lāzers. Ar Nd leģēta šķiedras pastiprinātāja darba viļņa garums ir 1060 nm un 1330 nm, un tā attīstība un pielietojums ir ierobežots novirzes no optiskās šķiedras sakaru labākā uztveršanas porta un citu iemeslu dēļ. EDFA un PDFFA darbības viļņa garumi atrodas attiecīgi optiskās šķiedras sakaru zemāko zudumu (1550 nm) un nulles dispersijas viļņa garuma (1300 nm) diapazonā, un TDFA darbojas S joslā, kas ir ļoti piemērots optiskās šķiedras sakaru sistēmu lietojumprogrammām. Īpaši praktiska ir bijusi EDFA, kas ir visstraujāk attīstījusies.
ThePEDFA princips
EDFA pamatstruktūra ir parādīta 1. attēlā (a), kas galvenokārt sastāv no aktīvas vides (ar erbiju leģēta silīcija dioksīda šķiedra, aptuveni desmitiem metru gara, ar serdes diametru 3–5 mikroni un leģējuma koncentrāciju (25–1000)x10⁻⁶), sūknēšanas gaismas avota (990 vai 1480 nm LD), optiskā savienotāja un optiskā izolatora. Signāllampiņa un sūknēšanas gaisma erbija šķiedrā var izplatīties vienā virzienā (kopvirziena sūknēšana), pretējos virzienos (pretējā sūknēšana) vai abos virzienos (divvirzienu sūknēšana). Kad signāllampiņa un sūknēšanas gaisma vienlaikus tiek ievadīta erbija šķiedrā, erbija joni sūknēšanas gaismas iedarbībā tiek ierosināti līdz augstam enerģijas līmenim (1. attēls (b), trīs līmeņu sistēma) un ātri sabrūk līdz metastabilam enerģijas līmenim, atgriežoties pamatstāvoklī krītošās signāllampiņas iedarbībā, tie izstaro signāllampiņai atbilstošus fotonus, tādējādi pastiprinot signālu. 1. attēlā (c) ir redzams tā pastiprinātās spontānās emisijas (ASE) spektrs ar lielu joslas platumu (līdz 20–40 nm) un diviem maksimumiem, kas atbilst attiecīgi 1530 nm un 1550 nm.
EDFA galvenās priekšrocības ir augsts pastiprinājums, liela joslas platums, augsta izejas jauda, augsta sūkņa efektivitāte, zemi ievietošanas zudumi un nejutīgums pret polarizācijas stāvokli.
2. Problēmas ar optisko šķiedru pastiprinātājiem
Lai gan optiskajam pastiprinātājam (īpaši EDFA) ir daudz izcilu priekšrocību, tas nav ideāls pastiprinātājs. Papildus papildu troksnim, kas samazina signāla signāla un trokšņa attiecību (SNR), pastāv arī citi trūkumi, piemēram:
- Pastiprinātāja joslas platumā pastiprinājuma spektra nevienmērīgums ietekmē daudzkanālu pastiprināšanas veiktspēju;
- Kad optiskie pastiprinātāji tiek kaskādēti, ASE trokšņa, šķiedru dispersijas un nelineāro efektu ietekme uzkrāsies.
Šie jautājumi jāņem vērā lietojumprogrammu un sistēmu projektēšanā.
3. Optiskā pastiprinātāja pielietojums optisko šķiedru sakaru sistēmā
Optisko šķiedru sakaru sistēmāOptisko šķiedru pastiprinātājsvar izmantot ne tikai kā raidītāja jaudas pastiprinātāju, lai palielinātu pārraides jaudu, bet arī kā uztvērēja priekšpastiprinātāju, lai uzlabotu uztveršanas jutību, un var arī aizstāt tradicionālo optisko-elektrisko-optisko atkārtotāju, lai pagarinātu pārraides attālumu un realizētu pilnībā optisko komunikāciju.
Optisko šķiedru sakaru sistēmās galvenie faktori, kas ierobežo pārraides attālumu, ir optiskās šķiedras zudumi un dispersija. Izmantojot šaura spektra gaismas avotu vai strādājot tuvu nulles dispersijas viļņa garumam, šķiedras dispersijas ietekme ir maza. Šai sistēmai nav jāveic pilnīga signāla laika reģenerācija (3R relejs) katrā releja stacijā. Pietiek tieši pastiprināt optisko signālu ar optisko pastiprinātāju (1R relejs). Optiskos pastiprinātājus var izmantot ne tikai tālsatiksmes maģistrālajās sistēmās, bet arī optisko šķiedru sadales tīklos, īpaši WDM sistēmās, lai vienlaikus pastiprinātu vairākus kanālus.
1) Optisko pastiprinātāju pielietojums maģistrālajās optisko šķiedru sakaru sistēmās
2. attēlā redzama optiskā pastiprinātāja pielietojuma shematiska diagramma maģistrālajā optiskās šķiedras sakaru sistēmā. (a) attēlā redzams, ka optiskais pastiprinātājs tiek izmantots kā raidītāja jaudas pastiprinātājs un uztvērēja priekšpastiprinātājs, lai dubultotu attālumu bez releja. Piemēram, izmantojot EDFA, sistēmas pārraide 1,8 Gb/s attālums palielinās no 120 km līdz 250 km vai pat sasniedz 400 km. 2. attēls (b)-(d) ir optisko pastiprinātāju pielietojums daudzreleju sistēmās; (b) attēls ir tradicionālais 3R releja režīms; (c) attēls ir 3R atkārtotāju un optisko pastiprinātāju jauktais releja režīms; 2. attēls (d) Tas ir pilnībā optisks releja režīms; pilnībā optiskā sakaru sistēmā tas neietver laika un reģenerācijas shēmas, tāpēc tas ir bitu caurspīdīgs un nav "elektroniskās pudeles ūsas" ierobežojumu. Kamēr vien abos galos tiek nomainītas sūtīšanas un uztveršanas iekārtas, ir viegli pārslēgties no zema ātruma uz augstu ātrumu, un optiskais pastiprinātājs nav jānomaina.
2) Optiskā pastiprinātāja pielietojums optisko šķiedru sadales tīklā
Optisko pastiprinātāju (īpaši EDFA) augstās jaudas priekšrocības ir ļoti noderīgas platjoslas sadales tīklos (piemēram,KabeļtelevīzijaTīkli). Tradicionālais CATV tīkls izmanto koaksiālo kabeli, kas jāpastiprina ik pēc vairākiem simtiem metru, un tīkla apkalpošanas rādiuss ir aptuveni 7 km. Optiskās šķiedras CATV tīkls, izmantojot optiskos pastiprinātājus, var ne tikai ievērojami palielināt izkliedēto lietotāju skaitu, bet arī ievērojami paplašināt tīkla ceļu. Jaunākie notikumi liecina, ka optiskās šķiedras/hibrīda (HFC) izplatīšana apvieno abu stiprās puses un ir ļoti konkurētspējīga.
4. attēlā redzams optiskās šķiedras sadales tīkla piemērs 35 TV kanālu AM-VSB modulācijai. Raidītāja gaismas avots ir DFB-LD ar viļņa garumu 1550 nm un izejas jaudu 3,3 dBm. Izmantojot 4 līmeņu EDFA kā jaudas sadales pastiprinātāju, tā ieejas jauda ir aptuveni -6 dBm, bet izejas jauda ir aptuveni 13 dBm. Optiskā uztvērēja jutība ir -9,2 dBm. Pēc 4 sadales līmeņiem kopējais lietotāju skaits ir sasniedzis 4,2 miljonus, un tīkla ceļš ir vairāk nekā desmitiem kilometru. Testa svērtā signāla un trokšņa attiecība bija lielāka par 45 dB, un EDFA neizraisīja CSO samazināšanos.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 23. aprīlis