1. KlasifikacijaFiberApojačala
Postoje tri glavne vrste optičkih pojačala:
(1) Poluvodički optički pojačavač (SOA, poluvodički optički pojačavač);
(2) Optička vlaknasta pojačala dopirana rijetkim zemnim elementima (erbij Er, tulij Tm, prazeodim Pr, rubidij Nd, itd.), uglavnom vlaknasta pojačala dopirana erbijem (EDFA), kao i pojačala s vlaknima dopiranim tulijem (TDFA) i pojačala s vlaknima dopiranim prazeodimom (PDFA) itd.
(3) Nelinearna optička pojačala, uglavnom optička Ramanova pojačala (FRA, Fiber Raman Amplifier). Glavna usporedba performansi ovih optičkih pojačala prikazana je u tablici
EDFA (Erbijem dopirano vlaknasto pojačalo)
Višerazinski laserski sustav može se formirati dopiranjem kvarcnog vlakna rijetkim zemnim elementima (kao što su Nd, Er, Pr, Tm itd.), a ulazni signal svjetlosti se izravno pojačava pod djelovanjem svjetlosti pumpe. Nakon pružanja odgovarajuće povratne informacije, formira se vlaknasti laser. Radna valna duljina Nd-dopiranog vlaknastog pojačala je 1060 nm i 1330 nm, a njegov razvoj i primjena su ograničeni zbog odstupanja od najboljeg ponornog priključka optičke komunikacije i drugih razloga. Radne valne duljine EDFA i PDFA su u prozoru najmanjih gubitaka (1550 nm) i valne duljine nulte disperzije (1300 nm) optičke komunikacije, dok TDFA radi u S-pojasu, što je vrlo pogodno za primjenu u optičkim komunikacijskim sustavima. Posebno je praktičan EDFA, koji se najbrže razvijao.
ThePprincip EDFA-e
Osnovna struktura EDFA prikazana je na slici 1(a), koja se uglavnom sastoji od aktivnog medija (erbijem dopiranog silicijevog vlakna dugog oko desetke metara, s promjerom jezgre 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 (ko-smjerno pumpanje), suprotnim smjerovima (obrnuto pumpanje) ili oba smjera (dvosmjerno pumpanje) u erbijevom vlaknu. Kada se signalna svjetlost i svjetlost pumpe istovremeno ubrizgavaju u erbijevo vlakno, erbijevi ioni se pod djelovanjem svjetlosti pumpe pobuđuju na visoku energetsku razinu (slika 1(b), sustav s tri razine) i brzo se raspadaju na metastabilnu energetsku razinu. Kada se pod djelovanjem upadne signalne svjetlosti vrati u osnovno stanje, emitira fotone koji odgovaraju signalnoj svjetlosti, tako da se signal pojačava. Slika 1 (c) prikazuje njegov spektar pojačane spontane emisije (ASE) s velikom širinom pojasa (do 20-40 nm) i dva vrha koji odgovaraju 1530 nm odnosno 1550 nm.
Glavne prednosti EDFA su visoko pojačanje, velika propusnost, visoka izlazna snaga, visoka učinkovitost pumpe, niski uneseni gubitak i neosjetljivost na stanje polarizacije.
2. Problemi s optičkim pojačalima
Iako optičko pojačalo (posebno EDFA) ima mnoge izvanredne prednosti, nije idealno pojačalo. Osim dodatnog šuma koji smanjuje omjer signal-šum (SNR) signala, postoje i neki drugi nedostaci, kao što su:
- Neravnomjernost spektra pojačanja unutar propusnog opsega pojačala utječe na performanse višekanalnog pojačanja;
- Kada su optička pojačala kaskadna, učinci ASE šuma, disperzije vlakana i nelinearnih učinaka će se akumulirati.
Ova pitanja moraju se uzeti u obzir prilikom dizajniranja aplikacije i sustava.
3. Primjena optičkog pojačala u optičkom komunikacijskom sustavu
U komunikacijskom sustavu optičkih vlakana,Optičko pojačaloMože se koristiti ne samo kao pojačalo snage odašiljača za povećanje snage prijenosa, već i kao predpojačalo prijemnika za poboljšanje osjetljivosti prijema, a može zamijeniti i tradicionalni optičko-električno-optički repetitor, za produljenje udaljenosti prijenosa i ostvarenje potpuno optičke komunikacije.
U optičkim komunikacijskim sustavima, glavni čimbenici koji ograničavaju udaljenost prijenosa su gubici i disperzija optičkog vlakna. Korištenjem izvora svjetlosti uskog spektra ili radom blizu valne duljine nulte disperzije, utjecaj disperzije vlakana je malen. Ovaj sustav ne treba izvoditi potpunu regeneraciju vremena signala (3R relej) na svakoj relejnoj stanici. Dovoljno je izravno pojačati optički signal optičkim pojačalom (1R relej). Optička pojačala mogu se koristiti ne samo u sustavima velikih komunikacijskih mreža već i u optičkim distribucijskim mrežama, posebno u WDM sustavima, za istovremeno pojačavanje više kanala.
1) Primjena optičkih pojačala u komunikacijskim sustavima s optičkim vlaknima
Sl. 2 je shematski dijagram primjene optičkog pojačala u sustavu komunikacije s optičkim vlaknima. (a) slika pokazuje da se optičko pojačalo koristi kao pojačalo snage odašiljača i predpojačalo prijemnika tako da se udaljenost bez releja udvostručuje. Na primjer, usvajanjem EDFA-e, prijenos sustava Udaljenost od 1,8 Gb/s povećava se sa 120 km na 250 km ili čak doseže 400 km. Slika 2 (b)-(d) prikazuje primjenu optičkih pojačala u sustavima s više releja; Slika (b) prikazuje tradicionalni 3R relejni način rada; Slika (c) prikazuje miješani relejni način rada 3R repetitora i optičkih pojačala; Slika 2 (d) To je potpuno optički relejni način rada; u potpuno optičkom komunikacijskom sustavu ne uključuje vremenske i regeneracijske sklopove, pa je transparentan po bitovima i nema ograničenja "elektroničke boce". Sve dok se oprema za slanje i primanje na oba kraja zamijeni, lako je nadograditi s 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 suKabelska televizijaMreže). 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 uvelike povećati broj distribuiranih korisnika, već i uvelike proširiti mrežni put. Nedavni razvoj događaja pokazao je da distribucija optičkih vlakana/hibrida (HFC) koristi snage oba i ima snažnu konkurentnost.
Slika 4 prikazuje primjer optičke distribucijske mreže za AM-VSB modulaciju 35 TV kanala. Izvor svjetlosti odašiljača je DFB-LD s valnom duljinom od 1550 nm i izlaznom snagom od 3,3 dBm. Korištenjem 4-razinskog EDFA kao pojačala za distribuciju snage, ulazna snaga je oko -6 dBm, a izlazna snaga oko 13 dBm. Osjetljivost optičkog prijemnika je -9,2 d Bm. Nakon 4 razine distribucije, ukupan broj korisnika dosegao je 4,2 milijuna, a mrežni put je veći od desetaka kilometara. Ponderirani omjer signala i šuma testa bio je veći od 45 dB, a EDFA nije uzrokovao smanjenje CSO-a.
Vrijeme objave: 23. travnja 2023.