1. KlasifikacijaFiberApojačala
Postoje tri glavne vrste optičkih pojačala:
(1) Poluprovodnički optički pojačavač (SOA, poluprovodnički optički pojačavač);
(2) Optička vlaknasta pojačala dopirana rijetkim zemnim elementima (erbijum Er, tulijum Tm, prazeodimijum Pr, rubidijum Nd, itd.), uglavnom vlaknasta pojačala dopirana erbijem (EDFA), kao i tulijumom dopirana vlaknasta pojačala (TDFA) i prazeodimijumom dopirana vlaknasta pojačala (PDFA), itd.
(3) Nelinearni optički pojačavači, uglavnom optički Raman pojačavači (FRA, Fiber Raman Amplifier). Glavna usporedba performansi ovih optičkih pojačavača prikazana je u tabeli
EDFA (Erbijem dopirano optičko pojačalo)
Višeslojni laserski sistem može se formirati dopiranjem kvarcnog vlakna rijetkim zemnim elementima (kao što su Nd, Er, Pr, Tm, itd.), a ulazni signal svjetlosti se direktno pojačava pod djelovanjem svjetlosti pumpe. Nakon obezbjeđivanja odgovarajuće povratne informacije, formira se vlaknasti laser. Radna talasna dužina Nd-dopiranog vlaknastog pojačala je 1060nm i 1330nm, a njegov razvoj i primjena su ograničeni zbog odstupanja od najboljeg ponornog porta optičke komunikacije i drugih razloga. Radne talasne dužine EDFA i PDFA su u okviru najmanjeg gubitka (1550nm) i talasne dužine nulte disperzije (1300nm) optičke komunikacije, dok TDFA radi u S-opsegu, što je vrlo pogodno za primjenu u sistemima optičke komunikacije. Posebno je EDFA, koji se najbrže razvijao, bio praktičan.
ThePprincip EDFA
Osnovna struktura EDFA prikazana je na Slici 1(a), koja se uglavnom sastoji od aktivnog medija (erbijem dopiranog silicijum dioksidnog vlakna dugog oko desetina metara, sa prečnikom jezgra od 3-5 mikrona i koncentracijom dopiranja od (25-1000)x10-6), izvora svjetlosti pumpe (990 ili 1480nm LD), optičkog spojnika i optičkog izolatora. Signalna svjetlost i svjetlost pumpe mogu se širiti u istom smjeru (kodirekciono pumpanje), suprotnim smjerovima (obrnuto pumpanje) ili oba smjera (dvosmjerno pumpanje) u erbijskom vlaknu. Kada se signalna svjetlost i svjetlost pumpe ubrizgavaju u erbijsko vlakno istovremeno, erbijumi ioni se pobuđuju na visoki energetski nivo pod djelovanjem svjetlosti pumpe (Slika 1(b), sistem sa tri nivoa) i brzo se raspadaju na metastabilni energetski nivo, a kada se pod djelovanjem upadne signalne svjetlosti vrate u osnovno stanje, emituju fotone koji odgovaraju signalnoj svjetlosti, tako da se signal pojačava. Slika 1 (c) prikazuje njegov spektar pojačane spontane emisije (ASE) sa velikom širinom pojasa (do 20-40 nm) i dva vrha koji odgovaraju 1530 nm i 1550 nm respektivno.
Glavne prednosti EDFA su visoko pojačanje, širok propusni opseg, visoka izlazna snaga, visoka efikasnost pumpe, niski uneseni gubici i neosjetljivost na stanje polarizacije.
2. Problemi s optičkim pojačalima
Iako optički pojačavač (posebno EDFA) ima mnogo izvanrednih prednosti, on nije idealan pojačavač. Pored dodatnog šuma koji smanjuje SNR signala, postoje i neki drugi nedostaci, kao što su:
- Neujednačenost spektra pojačanja unutar propusnog opsega pojačala utiče na performanse višekanalnog pojačanja;
- Kada su optički pojačavači kaskadni, efekti ASE šuma, disperzije vlakana i nelinearnih efekata će se akumulirati.
Ova pitanja moraju se uzeti u obzir prilikom dizajniranja aplikacije i sistema.
3. Primjena optičkog pojačala u optičkom komunikacijskom sistemu
U komunikacijskom sistemu optičkih vlakana,Optički pojačavačMože se koristiti ne samo kao pojačalo snage predajnika za povećanje snage prijenosa, već i kao predpojačalo prijemnika za poboljšanje osjetljivosti prijema, a može zamijeniti i tradicionalni optičko-električno-optički repetitor, za produženje udaljenosti prijenosa i ostvarenje potpuno optičke komunikacije.
U optičkim komunikacijskim sistemima, glavni faktori koji ograničavaju udaljenost prijenosa su gubici i disperzija optičkog vlakna. Korištenjem izvora svjetlosti uskog spektra ili radom blizu talasne dužine nulte disperzije, utjecaj disperzije vlakana je mali. Ovaj sistem ne treba vršiti 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 dugih komunikacija, već i u distribucijskim mrežama optičkih vlakana, posebno u WDM sistemima, za istovremeno pojačavanje više kanala.
1) Primjena optičkih pojačala u magistralnim optičkim komunikacijskim sistemima
Sl. 2 je shematski dijagram primjene optičkog pojačala u magistralnom optičkom komunikacijskom sistemu. (a) slika pokazuje da se optičko pojačalo koristi kao pojačalo snage predajnika i pretpojačalo prijemnika, tako da se udaljenost bez releja udvostručuje. Na primjer, usvajanjem EDFA, sistem prenosa Udaljenost od 1,8 Gb/s se povećava sa 120 km na 250 km ili čak dostiže 400 km. Slika 2 (b)-(d) prikazuje primjenu optičkih pojačala u sistemima sa više releja; Slika (b) prikazuje tradicionalni 3R relejni režim; Slika (c) prikazuje mješoviti relejni režim 3R repetitora i optičkih pojačala; Slika 2 (d) To je potpuno optički relejni režim; u potpuno optičkom komunikacijskom sistemu ne uključuje kola za vremensko određivanje i regeneraciju, tako da je transparentan po bitovima i ne postoji ograničenje "elektronskih bocastih brkova". Sve dok se oprema za slanje i prijem na oba kraja zamijeni, lako je nadograditi sa niske na visoku brzinu, a optičko pojačalo ne treba mijenjati.
2) Primjena optičkog pojačala u optičkoj distribucijskoj mreži
Prednosti optičkih pojačala (posebno EDFA) u pogledu velike izlazne snage vrlo su korisne u širokopojasnim distribucijskim mrežama (kao što suKATVMreže). Tradicionalna CATV mreža koristi koaksijalni kabel, koji je potrebno pojačavati svakih nekoliko stotina metara, a radijus usluge mreže je oko 7 km. Optička CATV mreža koja koristi optička pojačala ne samo da može značajno povećati broj distribuiranih korisnika, već i značajno proširiti mrežni put. Nedavni razvoj događaja pokazao je da distribucija optičkih vlakana/hibrida (HFC) koristi prednosti oba i ima snažnu konkurentnost.
Slika 4 je primjer optičke distribucijske mreže za AM-VSB modulaciju 35 TV kanala. Izvor svjetlosti predajnika je DFB-LD s valnom dužinom od 1550nm i izlaznom snagom od 3,3dBm. Korištenjem 4-nivoskog EDFA kao pojačala za distribuciju snage, njegova ulazna snaga je oko -6dBm, a izlazna snaga je oko 13dBm. Osjetljivost optičkog prijemnika je -9,2d Bm. Nakon 4 nivoa distribucije, ukupan broj korisnika je dostigao 4,2 miliona, a mrežna putanja je veća od desetina kilometara. Ponderirani odnos signal-šum testa bio je veći od 45dB, a EDFA nije uzrokovao smanjenje CSO-a.
Vrijeme objave: 23. april 2023.