1. KlasifikacijaFiberApojačala
Postoje tri glavne vrste optičkih pojačala:
(1) Poluprovodnički optički pojačavač (SOA, poluprovodnički optički pojačavač);
(2) Pojačivači optičkih vlakana dopirani elementima rijetkih zemalja (erbijum Er, tulij Tm, prazeodim Pr, rubidijum Nd, itd.), uglavnom vlaknasti pojačivači dopirani erbijem (EDFA), kao i vlaknasti pojačivači dopirani tulijem (TDFA) i vlaknasti pojačivači dopirani prazeodimijumom (PDFA) itd.
(3) Nelinearna vlaknasta pojačala, uglavnom vlakna Raman pojačala (FRA, Fiber Raman Amplifier). Glavno poređenje performansi ovih optičkih pojačala prikazano je u tabeli
EDFA (Erbijem dopirano vlakno pojačalo)
Laserski sistem na više nivoa može se formirati dopiranjem kvarcnog vlakna elementima retkih zemalja (kao što su Nd, Er, Pr, Tm, itd.), a ulazna signalna svetlost se direktno pojačava pod dejstvom svetlosti pumpe. Nakon davanja odgovarajuće povratne informacije, formira se fiber laser. Radna talasna dužina Nd-dopiranog fiber pojačivača je 1060nm i 1330nm, a njegov razvoj i primena su ograničeni zbog odstupanja od najboljeg ponor porta optičke komunikacije i drugih razloga. Radne talasne dužine EDFA i PDFA su redom u prozoru najnižeg gubitka (1550nm) i talasne dužine nulte disperzije (1300nm) komunikacije optičkim vlaknima, a TDFA radi u S-opsegu, koji su vrlo pogodni za aplikacije optičkih komunikacijskih sistema. . Naročito je EDFA, najbrži razvoj, bio praktičan.
ThePprincip EDFA
Osnovna struktura EDFA prikazana je na slici 1(a), koja se uglavnom sastoji od aktivnog medija (vlakna od silicijum dioksida dopiranog erbijem dugačka oko desetine metara, sa prečnikom jezgre od 3-5 mikrona i koncentracijom dopinga od (25 -1000)x10-6), izvor svjetlosti pumpe (990 ili 1480nm LD), optički spojnik i optički izolator. Signalno svjetlo i svjetlo pumpe mogu se širiti u istom smjeru (kodirekcionalno pumpanje), suprotnim smjerovima (obrnuto pumpanje) ili oba smjera (dvosmjerno pumpanje) u erbijumskom vlaknu. Kada se signalno svjetlo i svjetlo pumpe istovremeno ubrizgavaju u vlakno erbija, joni erbija se pod djelovanjem svjetla pumpe pobuđuju do visokog energetskog nivoa (slika 1 (b), sistem na tri nivoa), i brzo se raspada do metastabilnog energetskog nivoa, kada se vrati u osnovno stanje pod dejstvom upadne signalne svetlosti, emituje fotone koji odgovaraju signalnoj svetlosti, tako da se signal pojačava. Slika 1 (c) je njegov pojačani spektar spontane emisije (ASE) sa velikim propusnim opsegom (do 20-40 nm) i dva pika koji odgovaraju 1530 nm i 1550 nm respektivno.
Glavne prednosti EDFA su veliko pojačanje, veliki propusni opseg, velika izlazna snaga, visoka efikasnost pumpe, mali gubitak umetanja i neosjetljivost na stanje polarizacije.
2. Problemi sa optičkim pojačalima
Iako optičko pojačalo (posebno EDFA) ima mnoge izvanredne prednosti, ono nije idealno pojačalo. Osim dodatnog šuma koji smanjuje SNR signala, postoje i drugi nedostaci, kao što su:
- Neujednačenost spektra pojačanja unutar propusnog opsega pojačala utiče na performanse višekanalnog pojačanja;
- Kada su optička pojačala kaskadna, efekti ASE šuma, disperzije vlakana i nelinearni efekti će se akumulirati.
Ova pitanja se moraju uzeti u obzir u dizajnu aplikacija i sistema.
3. Primjena optičkog pojačala u optičkom komunikacijskom sistemu
U komunikacijskom sistemu optičkih vlakana,Fiber Optical Amplifiermože se koristiti ne samo kao pojačalo za pojačavanje snage odašiljača za povećanje snage prijenosa, već i kao pretpojačalo prijemnika za poboljšanje osjetljivosti prijema, a također može zamijeniti tradicionalni optičko-električno-optički repetitor, za proširenje prijenosa udaljenosti i ostvariti potpuno optičku komunikaciju.
U komunikacionim sistemima sa optičkim vlaknima, glavni faktori koji ograničavaju daljinu prenosa su gubitak i disperzija optičkog vlakna. Koristeći izvor svjetlosti uskog spektra ili radeći blizu talasne dužine nulte disperzije, utjecaj disperzije vlakana je mali. Ovaj sistem ne mora izvršiti potpunu regeneraciju vremena signala (3R relej) na svakoj relejnoj stanici. Dovoljno je direktno pojačati optički signal optičkim pojačalom (1R relej). Optička pojačala se mogu koristiti ne samo u sistemima za velike udaljenosti već i u mrežama za distribuciju optičkih vlakana, posebno u WDM sistemima, za pojačavanje više kanala istovremeno.
1) Primena optičkih pojačala u magistralnim komunikacijskim sistemima sa optičkim vlaknima
Slika 2 je šematski dijagram primjene optičkog pojačala u magistralnom optičkom komunikacijskom sistemu. (a) slika pokazuje da se optičko pojačalo koristi kao pojačalo za pojačavanje snage predajnika i pretpojačalo prijemnika tako da se nerelejna udaljenost udvostruči. Na primjer, usvajanje EDFA, sistem prijenosa udaljenost od 1,8 Gb/s povećava se sa 120 km na 250 km ili čak dostigne 400 km. Slika 2 (b)-(d) je primjena optičkih pojačala u višerelejnim sistemima; Slika (b) je tradicionalni 3R relejni način rada; Slika (c) je mješoviti relejni mod 3R repetitora i optičkih pojačala; Slika 2 (d) To je potpuno optički relejni mod; u potpuno optičkom komunikacijskom sistemu, ne uključuje krugove za mjerenje vremena i regeneracije, tako da je transparentan i nema ograničenja za „elektronski brk za bocu“. Sve dok je oprema za slanje i prijem na oba kraja zamijenjena, lako je nadograditi sa niske na visoku brzinu, a optičko pojačalo nije potrebno mijenjati.
2) Primena optičkog pojačala u distributivnoj mreži optičkih vlakana
Prednosti velike izlazne snage optičkih pojačala (posebno EDFA) vrlo su korisne u širokopojasnim distributivnim mrežama (kao npr.CATVmreže). Tradicionalna CATV mreža koristi koaksijalni kabl, koji treba pojačati svakih nekoliko stotina metara, a radijus mreže je oko 7 km. CATV mreža sa optičkim vlaknima koja koristi optička pojačala ne samo da može značajno povećati broj distribuiranih korisnika, već i značajno proširiti mrežni put. Nedavni razvoji su pokazali da distribucija optičkih vlakana/hibrida (HFC) izvlači prednosti oba i ima jaku konkurentnost.
Slika 4 je primjer distributivne mreže optičkih vlakana za AM-VSB modulaciju 35 TV kanala. Izvor svjetlosti predajnika je DFB-LD sa talasnom dužinom od 1550nm i izlaznom snagom od 3,3dBm. Koristeći EDFA na 4 nivoa kao pojačalo za distribuciju snage, njegova ulazna snaga je oko -6dBm, a izlazna snaga je oko 13dBm. Osetljivost optičkog prijemnika -9.2d Bm. Nakon 4 nivoa distribucije, ukupan broj korisnika dostigao je 4,2 miliona, a put mreže je više od desetina kilometara. Ponderisani omjer signala i šuma testa bio je veći od 45 dB, a EDFA nije uzrokovao smanjenje CSO.
Vrijeme objave: Apr-23-2023