1. KlasifikācijaFiberApastiprinātāji
Ir trīs galvenie optisko pastiprinātāju veidi:
(1) Pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Optisko šķiedru pastiprinātāji, kas leģēti ar retzemju elementiem (erbijs Er, tūlijs Tm, prazeodīms Pr, rubīdijs Nd utt.), 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).Galvenais šo optisko pastiprinātāju veiktspējas salīdzinājums ir parādīts tabulā
EDFA (ar erbija leģētu 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 sūkņa gaismas ietekmē.Pēc atbilstošas atgriezeniskās saites nodrošināšanas tiek izveidots šķiedru lāzers.Ar Nd leģētu šķiedru pastiprinātāja darba viļņa garums ir 1060 nm un 1330 nm, un tā izstrāde un pielietojums ir ierobežots, jo ir novirze no optiskās šķiedras sakaru labākās izlietnes porta un citu iemeslu dēļ.EDFA un PDFA darbības viļņu garumi ir attiecīgi optiskās šķiedras sakaru zemākā zuduma (1550 nm) un nulles dispersijas viļņa garuma (1300 nm) logā, un TDFA darbojas S joslā, kas ir ļoti piemērota optisko šķiedru sakaru sistēmu lietojumiem. .Īpaši EDFA, visstraujākā attīstība, ir bijusi praktiska.
ThePEDFA princips
EDFA pamatstruktūra parādīta 1(a) attēlā, kas galvenokārt sastāv no aktīvās vides (ar erbiju leģēta silīcija dioksīda šķiedra, kas ir aptuveni desmitiem metru gara, ar serdes diametru 3-5 mikroni un dopinga koncentrāciju (25). -1000)x10-6) , sūkņa gaismas avots (990 vai 1480 nm LD), optiskais savienotājs un optiskais izolators.Signāla gaisma un sūkņa gaisma var izplatīties vienā virzienā (kopvirziena sūknēšana), pretējos virzienos (reversā sūknēšana) vai abos virzienos (divvirzienu sūknēšana) erbija šķiedrā.Kad signālgaisma un sūkņa gaisma tiek ievadīta erbija šķiedrā vienlaikus, sūkņa gaismas ietekmē erbija joni tiek ierosināti līdz augstam enerģijas līmenim (1. attēls (b), trīs līmeņu sistēma), un ātri nokrīt līdz metastabilam enerģijas līmenim, kad tas atgriežas pamatstāvoklī krītošās signālgaismas iedarbībā, tas izstaro signālam atbilstošus fotonus, lai signāls tiktu pastiprināts.Attēlā 1 (c) ir 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.
Galvenās EDFA priekšrocības ir liels pastiprinājums, liels joslas platums, liela izejas jauda, augsta sūkņa efektivitāte, zems ievietošanas zudums un nejutība 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 trokšņiem, kas samazina signāla SNR, ir arī daži citi trūkumi, piemēram:
- Pastiprinājuma spektra nevienmērība pastiprinātāja joslas platumā ietekmē daudzkanālu pastiprināšanas veiktspēju;
- Kad optiskie pastiprinātāji ir kaskādes, ASE trokšņa, šķiedru dispersijas un nelineāro efektu ietekme uzkrāsies.
Šie jautājumi ir jāņem vērā, izstrādājot lietojumprogrammu un sistēmu.
3. Optiskā pastiprinātāja pielietojums optisko šķiedru sakaru sistēmā
Optisko šķiedru sakaru sistēmāŠķiedru optiskais pastiprinātājsvar izmantot ne tikai kā raidītāja jaudas palielināšanas pastiprinātāju, lai palielinātu pārraides jaudu, bet arī kā uztvērēja priekšpastiprinātāju, lai uzlabotu uztveršanas jutību, kā arī var aizstāt tradicionālo optisko-elektrisko-optisko atkārtotāju, lai paplašinātu pārraidi. attālināt un realizēt visu optisko komunikāciju.
Optisko šķiedru sakaru sistēmās galvenie faktori, kas ierobežo pārraides attālumu, ir optiskās šķiedras zudums un izkliede.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 maģistrālēs, bet arī optisko šķiedru sadales tīklos, īpaši WDM sistēmās, lai vienlaikus pastiprinātu vairākus kanālus.
1) Optisko pastiprinātāju pielietojums maģistrālo optisko šķiedru sakaru sistēmās
2. att. ir shematiska diagramma par optiskā pastiprinātāja pielietojumu maģistrāles optiskās šķiedras sakaru sistēmā.(a) attēlā redzams, ka optiskais pastiprinātājs tiek izmantots kā raidītāja jaudas palielināšanas pastiprinātājs un uztvērēja priekšpastiprinātājs, lai attālums bez releja tiktu dubultots.Piemēram, pieņemot EDFA, sistēmas pārraidi attālums 1,8 Gb/s palielinās no 120km līdz 250km vai pat sasniedz 400km.2. (b)–d) attēlā ir parādīts optisko pastiprinātāju pielietojums daudzreleju sistēmās;Attēlā (b) ir tradicionālais 3R releja režīms;c) attēlā ir 3R atkārtotāju un optisko pastiprinātāju jauktais releja režīms;2. attēls (d) Tas ir pilnībā optisks releja režīms;pilnībā optiskajā sakaru sistēmā tas neietver laika un reģenerācijas shēmas, tāpēc tas ir bitu caurspīdīgs, un nav "elektronisko pudeles ūsu" ierobežojumu.Kamēr tiek nomainīts sūtīšanas un saņemšanas aprīkojums abos galos, to ir viegli jaunināt no zema ātruma uz augstu, un optiskais pastiprinātājs nav jāmaina.
2) Optiskā pastiprinātāja pielietojums optisko šķiedru sadales tīklā
Optisko pastiprinātāju (īpaši EDFA) lieljaudas priekšrocības ir ļoti noderīgas platjoslas sadales tīklos (piemēram,CATVtīkli).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, kas izmanto optiskos pastiprinātājus, var ne tikai ievērojami palielināt izplatīto lietotāju skaitu, bet arī ievērojami paplašināt tīkla ceļu.Nesenie notikumi ir parādījuši, ka optiskās šķiedras/hibrīda (HFC) izplatīšana ir abu stiprās puses un tai ir spēcīga konkurētspēja.
4. attēlā ir parādīts 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 -9.2d Bm.Pēc 4 izplatīšanas 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: 23.04.2023