1. КласификацијаFИберAпојачавача
Постоје три главне врсте оптичких појачавача:
(1) Полупроводнички оптички појачавач (SOA, полупроводнички оптички појачавач);
(2) Оптичка влакнаста појачала допирана ретким земним елементима (ербијум Er, тулијум Tm, празеодимијум Pr, рубидијум Nd, итд.), углавном влакнаста појачала допирана ербијумом (ЕДФА), као и појачавачи са влакнима допираним тулијумом (TDFA) и појачавачи са влакнима допираним празеодимијумом (PDFA), итд.
(3) Нелинеарни оптички појачавачи, углавном оптички Раманови појачавачи (FRA, Fiber Raman Amplifier). Главно поређење перформанси ових оптичких појачавача приказано је у табели
EDFA (Појачавач са влакнима допираним ербијумом)
Вишеслојни ласерски систем може се формирати допирањем кварцних влакана реткоземним елементима (као што су Nd, Er, Pr, Tm, итд.), а улазна сигнална светлост се директно појачава под дејством пумпне светлости. Након обезбеђивања одговарајуће повратне спреге, формира се влакнасти ласер. Радна таласна дужина влакнастог појачавача допираног Nd је 1060nm и 1330nm, а његов развој и примена су ограничени због одступања од најбољег порта за оптичку комуникацију и других разлога. Радне таласне дужине EDFA и PDFA су респективно у прозору најмањих губитака (1550nm) и таласне дужине нулте дисперзије (1300nm) оптичке комуникације, док TDFA ради у S-опсегу, што је веома погодно за примене у системима оптичке комуникације. Посебно је EDFA, који се најбрже развија, био практичан.
ThePпринцип EDFA
Основна структура EDFA је приказана на слици 1(а), која се углавном састоји од активног медијума (влакна силицијум диоксида допираног ербијумом дужине око десетина метара, са пречником језгра од 3-5 микрона и концентрацијом допинга од (25-1000)x10-6), извора пумпне светлости (LD од 990 или 1480nm), оптичког спојника и оптичког изолатора. Сигнална светлост и пумпна светлост могу се ширити у истом смеру (ко-смерно пумпање), супротним смеровима (обрнуто пумпање) или оба смера (двосмерно пумпање) у ербијумском влакну. Када се сигнална светлост и пумпна светлост убризгају у ербијумско влакно истовремено, јони ербијума се побуђују на висок енергетски ниво под дејством пумпне светлости (слика 1(б), систем са три нивоа) и брзо се распадају на метастабилни енергетски ниво, а када се под дејством упадне сигналне светлости врате у основно стање, емитују фотоне који одговарају сигналној светлости, тако да се сигнал појачава. Слика 1 (ц) приказује његов спектар појачане спонтане емисије (ASE) са великим пропусним опсегом (до 20-40 нм) и два врха који одговарају 1530 нм и 1550 нм, респективно.
Главне предности EDFA су високо појачање, велики пропусни опсег, велика излазна снага, висока ефикасност пумпе, мали губитак уметања и неосетљивост на стање поларизације.
2. Проблеми са оптичким појачавачима
Иако оптички појачавач (посебно EDFA) има многе изузетне предности, он није идеалан појачавач. Поред додатног шума који смањује однос сигнал-шум (SNR) сигнала, постоје и неки други недостаци, као што су:
- Неравномерност спектра појачања унутар пропусног опсега појачавача утиче на перформансе вишеканалног појачавања;
- Када су оптички појачавачи каскадно повезани, ефекти ASE шума, дисперзије влакана и нелинеарних ефеката ће се акумулирати.
Ова питања морају се узети у обзир приликом дизајна апликације и система.
3. Примена оптичког појачавача у систему комуникације са оптичким влакнима
У систему комуникације оптичким влакнима,Оптичко појачалоМоже се користити не само као појачало снаге предајника за повећање снаге преноса, већ и као претпојачало пријемника за побољшање осетљивости пријема, а може заменити и традиционални оптичко-електрично-оптички репетитор, како би се продужила удаљеност преноса и остварила потпуно оптичка комуникација.
У системима комуникације оптичким влакнима, главни фактори који ограничавају даљину преноса су губитак и дисперзија оптичког влакна. Коришћењем извора светлости уског спектра или радом близу таласне дужине са нултом дисперзијом, утицај дисперзије влакана је мали. Овај систем не мора да врши потпуну регенерацију времена сигнала (3R релеј) на свакој релејној станици. Довољно је директно појачати оптички сигнал оптичким појачалом (1R релеј). Оптичка појачала се могу користити не само у системима магистралне везе на велике удаљености, већ и у мрежама дистрибуције оптичких влакана, посебно у WDM системима, за истовремено појачавање више канала.
1) Примена оптичких појачавача у магистралним оптичким комуникационим системима
Слика 2 је шематски дијаграм примене оптичког појачавача у систему комуникације преко оптичких влакана. (а) слика показује да се оптички појачавач користи као појачавач снаге предајника и претпојачавач пријемника, тако да се растојање између релеја удвостручује. На пример, усвајањем EDFA, систем преноса Удаљеност од 1,8 Гб/с повећава се са 120 км на 250 км или чак достиже 400 км. Слика 2 (б)-(д) приказује примену оптичких појачала у системима са више релеја; Слика (б) приказује традиционални 3Р релејни режим; Слика (ц) приказује мешовити релејни режим 3Р репетитора и оптичких појачала; Слика 2 (д) То је потпуно оптички релејни режим; у потпуно оптичком комуникационом систему, не укључује кола за време и регенерацију, тако да је транспарентан по битовима и нема ограничења „електронских бочица“. Све док се опрема за слање и пријем на оба краја замени, лако је надоградити са ниске на високу брзину, а оптичко појачало не треба мењати.
2) Примена оптичког појачавача у мрежи за дистрибуцију оптичких влакана
Предности оптичких појачавача (посебно EDFA) у погледу велике излазне снаге су веома корисне у широкопојасним дистрибутивним мрежама (као што суКабловска телевизијаМреже). Традиционална CATV мрежа користи коаксијални кабл, који је потребно појачавати сваких неколико стотина метара, а радијус услуге мреже је око 7 км. Оптичка CATV мрежа која користи оптичка појачала не само да може значајно повећати број дистрибуираних корисника, већ и значајно проширити мрежну путању. Недавни развој догађаја показао је да дистрибуција оптичких влакана/хибрида (HFC) црпи снаге оба и има јаку конкурентност.
Слика 4 је пример оптичке мреже за дистрибуцију сигнала за AM-VSB модулацију 35 ТВ канала. Извор светлости предајника је DFB-LD са таласном дужином од 1550nm и излазном снагом од 3,3dBm. Коришћењем EDFA са 4 нивоа као појачавача за дистрибуцију снаге, његова улазна снага је око -6dBm, а излазна снага је око 13dBm. Осетљивост оптичког пријемника је -9,2d Bm. Након 4 нивоа дистрибуције, укупан број корисника је достигао 4,2 милиона, а мрежна путања је већа од десетина километара. Пондерисани однос сигнал-шум теста био је већи од 45dB, а EDFA није изазвао смањење CSO.
Време објаве: 23. април 2023.