1. Класификација одFиберAпојачала
Постоје три главна типа оптичких појачала:
(1) Полупроводнички оптички појачавач (СОА, Семицондуцтор Оптицал Амплифиер);
(2) Појачала са оптичким влакнима допираним елементима ретких земаља (ербијум Ер, тулиј Тм, празеодимијум Пр, рубидијум Нд, итд.), углавном влакнасти појачивачи допирани ербијумом (ЕДФА), као и влакнасти појачивачи допирани тулијем (ТДФА) и влакнасти појачивачи допирани празеодимијумом (ПДФА) итд.
(3) Нелинеарни појачивачи са влакнима, углавном влакнасти Раман појачала (ФРА, Фибер Раман Амплифиер).Главно поређење перформанси ових оптичких појачала приказано је у табели
ЕДФА (Ербиум допед Фибер Појачало)
Ласерски систем на више нивоа може се формирати допирањем кварцног влакна са елементима ретких земаља (као што су Нд, Ер, Пр, Тм, итд.), а светло улазног сигнала се директно појачава под дејством светлости пумпе.Након пружања одговарајуће повратне информације, формира се фибер ласер.Радна таласна дужина Нд-допираног фибер појачивача је 1060нм и 1330нм, а његов развој и примена су ограничени због одступања од најбољег понор порта оптичке комуникације и других разлога.Радне таласне дужине ЕДФА и ПДФА су респективно у прозору са најмањим губитком (1550нм) и таласном дужином нулте дисперзије (1300нм) комуникације оптичким влакнима, а ТДФА ради у С-опсегу, који су веома погодни за апликације комуникационог система са оптичким влакнима. .Нарочито је ЕДФА, најбржи развој, био практичан.
ТхеPпринцип ЕДФА
Основна структура ЕДФА је приказана на слици 1(а), која се углавном састоји од активног медијума (силицијумско влакно допирано ербијумом дугачко око десетине метара, са пречником језгра од 3-5 микрона и концентрацијом допинга од (25 -1000)к10-6) , извор светлости пумпе (990 или 1480нм ЛД), оптички спојник и оптички изолатор.Сигнално светло и светло пумпе могу се ширити у истом смеру (кодирекционално пумпање), супротним смеровима (обрнуто пумпање) или у оба смера (двосмерно пумпање) у ербијумском влакну.Када се сигнално светло и светло пумпе истовремено убризгавају у ербијумско влакно, јони ербијума се побуђују до високог енергетског нивоа под дејством светлости пумпе (слика 1 (б), систем на три нивоа), и брзо се распада до метастабилног енергетског нивоа, када се врати у основно стање под дејством упадне сигналне светлости, емитује фотоне који одговарају сигналној светлости, тако да се сигнал појачава.Слика 1 (ц) је његов појачани спектар спонтане емисије (АСЕ) са великим пропусним опсегом (до 20-40 нм) и два пика који одговарају 1530 нм и 1550 нм респективно.
Главне предности ЕДФА су велико појачање, велики пропусни опсег, велика излазна снага, висока ефикасност пумпе, мали губитак уметања и неосетљивост на стање поларизације.
2. Проблеми са оптичким појачалима
Иако оптичко појачало (посебно ЕДФА) има многе изванредне предности, оно није идеално појачало.Поред додатног шума који смањује СНР сигнала, постоје и други недостаци, као што су:
- Неуједначеност спектра појачања унутар пропусног опсега појачала утиче на перформансе вишеканалног појачања;
- Када су оптички појачавачи каскадни, ефекти АСЕ шума, дисперзије влакана и нелинеарних ефеката ће се акумулирати.
Ова питања се морају узети у обзир у дизајну апликација и система.
3. Примена оптичког појачала у оптичким комуникационим системима
У систему комуникације са оптичким влакнима,Фибер Оптицал Појачаломоже се користити не само као појачавач снаге предајника за повећање снаге преноса, већ и као претпојачало пријемника за побољшање осетљивости пријема, а такође може заменити традиционални оптичко-електрично-оптички репетитор, за проширење преноса удаљености и реализују потпуно оптичку комуникацију.
У системима комуникације са оптичким влакнима, главни фактори који ограничавају даљину преноса су губитак и дисперзија оптичког влакна.Коришћењем извора светлости уског спектра, или радом близу таласне дужине нулте дисперзије, утицај дисперзије влакана је мали.Овај систем не мора да изврши потпуну регенерацију времена сигнала (3Р релеј) на свакој релејној станици.Довољно је директно појачати оптички сигнал оптичким појачалом (1Р релеј).Оптички појачавачи се могу користити не само у системима за велике удаљености већ и у мрежама за дистрибуцију оптичких влакана, посебно у ВДМ системима, за појачавање више канала истовремено.
1) Примена оптичких појачала у магистралним комуникационим системима са оптичким влакнима
Слика 2 је шематски дијаграм примене оптичког појачавача у магистралном комуникационом систему са оптичким влакнима.(а) слика показује да се оптички појачавач користи као појачавач снаге предајника и претпојачало пријемника тако да се нерелејно растојање удвостручи.На пример, усвајање ЕДФА, систем преноса удаљеност од 1,8 Гб/с се повећава са 120 км на 250 км или чак достиже 400 км.Слика 2 (б)-(д) је примена оптичких појачала у вишерелејним системима;Слика (б) је традиционални 3Р релејни режим;Слика (ц) је мешовити релејни режим 3Р репетитора и оптичких појачала;Слика 2 (д) То је потпуно оптички релејни режим;у потпуно оптичком комуникационом систему, не укључује временска кола и кола за регенерацију, тако да је транспарентан и нема ограничења за „електронски брк за боцу“.Све док се опрема за слање и пријем на оба краја замени, лако је надоградити са ниске на високу брзину, а оптичко појачало није потребно заменити.
2) Примена оптичког појачала у дистрибутивној мрежи оптичких влакана
Предности велике излазне снаге оптичких појачала (посебно ЕДФА) су веома корисне у широкопојасним дистрибутивним мрежама (као нпр.ЦАТВмреже).Традиционална ЦАТВ мрежа користи коаксијални кабл, који треба појачати сваких неколико стотина метара, а радијус мреже је око 7 км.ЦАТВ мрежа са оптичким влакнима која користи оптичка појачала не само да може значајно повећати број дистрибуираних корисника, већ и знатно проширити мрежни пут.Недавни развоји су показали да дистрибуција оптичких влакана/хибрида (ХФЦ) извлачи предности оба и има јаку конкурентност.
Слика 4 је пример дистрибутивне мреже оптичких влакана за АМ-ВСБ модулацију 35 ТВ канала.Извор светлости предајника је ДФБ-ЛД са таласном дужином од 1550нм и излазном снагом од 3,3дБм.Користећи ЕДФА на 4 нивоа као појачало за дистрибуцију снаге, његова улазна снага је око -6дБм, а излазна снага је око 13дБм.Осетљивост оптичког пријемника -9,2д Бм.Након 4 нивоа дистрибуције, укупан број корисника достигао је 4,2 милиона, а пут мреже је више од десетина километара.Пондерисани однос сигнал-шум теста био је већи од 45 дБ, а ЕДФА није изазвала смањење ЦСО.
Време поста: 23. април 2023