1. KlasifikacijaFiberApojačivači
Postoje tri glavne vrste optičkih pojačala:
(1) Poluvodičko optičko pojačalo (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Pojačala od optičkih vlakana dopirana elementima rijetke zemlje (erbij Er, tulij Tm, praseodimij Pr, rubidij Nd, itd.), uglavnom pojačala od vlakana dopirana erbijem (EDFA), kao i vlaknasta pojačala dopirana tulijem (TDFA) i vlaknasta pojačala dopirana praseodimijem (PDFA), itd.
(3) Nelinearna vlaknasta pojačala, uglavnom vlaknasta Ramanova pojačala (FRA, Fiber Raman Amplifier).Glavna usporedba performansi ovih optičkih pojačala prikazana je u tablici
EDFA (pojačivač vlakna dopiranog erbijem)
Laserski sustav s više razina može se formirati dopiranjem kvarcnog vlakna elementima rijetke zemlje (kao što su Nd, Er, Pr, Tm itd.), a svjetlo ulaznog signala izravno se pojačava pod djelovanjem svjetla pumpe.Nakon pružanja odgovarajuće povratne informacije, formira se fiber laser.Radna valna duljina Nd-dopiranog vlaknastog pojačala je 1060 nm i 1330 nm, a njegov razvoj i primjena ograničeni su zbog odstupanja od najboljeg ulaznog priključka optičke komunikacije i drugih razloga.Radne valne duljine EDFA i PDFA su redom u prozoru najnižeg gubitka (1550nm) i valne duljine nulte disperzije (1300nm) komunikacije optičkim vlaknima, a TDFA radi u S-pojasu, što je vrlo pogodno za aplikacije komunikacijskih sustava optičkih vlakana .Posebno je praktičan EDFA, najbrži razvoj.
ThePprincip EDFA
Osnovna struktura EDFA prikazana je na slici 1(a), koja se uglavnom sastoji od aktivnog medija (vlakno silicijevog dioksida dopirano erbijem, dugačko nekoliko desetaka metara, s promjerom jezgre od 3-5 mikrona i koncentracijom dopinga od (25 -1000)x10-6), izvor svjetla pumpe (990 ili 1480nm LD), optički spojnik i optički izolator.Signalno svjetlo i svjetlo pumpe mogu se širiti u istom smjeru (kosmjerno pumpanje), suprotnim smjerovima (obrnuto pumpanje) ili u oba smjera (dvosmjerno pumpanje) u erbijevom vlaknu.Kada se signalno svjetlo i svjetlo pumpe istovremeno ubrizgaju u erbijevo vlakno, ioni erbija se pobuđuju na visoku energetsku razinu pod djelovanjem svjetla pumpe (Slika 1 (b), trorazinski sustav), i brzo se raspadne do metastabilne energetske razine, kada se vrati u osnovno stanje pod djelovanjem upadnog signalnog svjetla, emitira fotone koji odgovaraju signalnom svjetlu, tako da se signal pojačava.Slika 1 (c) njegov je spektar pojačane spontane emisije (ASE) s velikom propusnošću (do 20-40 nm) i dva vrha koji odgovaraju 1530 nm odnosno 1550 nm.
Glavne prednosti EDFA su visoko pojačanje, velika propusnost, velika izlazna snaga, visoka učinkovitost pumpe, mali uneseni gubitak i neosjetljivost na stanje polarizacije.
2. Problemi s optičkim pojačalima
Iako optičko pojačalo (posebno EDFA) ima mnoge izvanredne prednosti, ono nije idealno pojačalo.Osim dodatnog šuma koji smanjuje SNR signala, postoje i neki drugi nedostaci, kao što su:
- Neujednačenost spektra pojačanja unutar pojasne širine pojačala utječe na performanse višekanalnog pojačanja;
- Kada su optička pojačala kaskadna, učinci ASE šuma, disperzije vlakana i nelinearnih učinaka će se akumulirati.
Ova se pitanja moraju uzeti u obzir pri dizajnu aplikacije i sustava.
3. Primjena optičkog pojačala u optičkom komunikacijskom sustavu
U komunikacijskom sustavu s optičkim vlaknima,Pojačalo s optičkim vlaknimamože se koristiti ne samo kao pojačalo za povećanje snage odašiljača za povećanje snage prijenosa, već i kao predpojačalo prijemnika za poboljšanje osjetljivosti prijema, a također može zamijeniti tradicionalni optički-električni-optički repetitor, za proširenje prijenosa udaljenost i ostvarenje sveoptičke komunikacije.
U komunikacijskim sustavima s optičkim vlaknima, glavni čimbenici koji ograničavaju udaljenost prijenosa su gubitak i disperzija optičkog vlakna.Korištenjem izvora svjetlosti uskog spektra ili radom blizu valne duljine nulte disperzije, utjecaj disperzije vlakana je mali.Ovaj sustav ne treba izvršiti potpunu regeneraciju vremena signala (3R relej) na svakoj relejnoj stanici.Dovoljno je optički signal izravno pojačati optičkim pojačalom (1R relej).Optička pojačala mogu se koristiti ne samo u međugradskim sustavima već iu distribucijskim mrežama optičkih vlakana, posebno u WDM sustavima, za istovremeno pojačanje više kanala.
1) Primjena optičkih pojačala u magistralnim optičkim komunikacijskim sustavima
Slika 2 je shematski dijagram primjene optičkog pojačala u glavnom optičkom komunikacijskom sustavu.(a) slika pokazuje da se optičko pojačalo koristi kao pojačalo za pojačanje snage odašiljača i pretpojačalo prijemnika tako da se udaljenost bez releja udvostručuje.Na primjer, usvajanje EDFA, sustava prijenosa udaljenost od 1,8 Gb/s povećava se sa 120 km na 250 km ili čak doseže 400 km.Slika 2 (b)-(d) je primjena optičkih pojačala u višerelejnim sustavima;Slika (b) je tradicionalni 3R relejni način rada;Slika (c) je mješoviti relejni način rada 3R repetitora i optičkih pojačala;Slika 2 (d) To je potpuno optički relejni način;u potpuno optičkom komunikacijskom sustavu, ne uključuje krugove za mjerenje vremena i regeneraciju, tako da je bit-transparentan, i ne postoji ograničenje "elektroničkog brka boce".Sve dok je oprema za slanje i primanje na oba kraja zamijenjena, lako je nadograditi s niske brzine na visoku brzinu, a optičko pojačalo ne treba mijenjati.
2) Primjena optičkog pojačala u optičkoj distribucijskoj mreži
Prednosti velike izlazne snage optičkih pojačala (osobito EDFA) vrlo su korisne u širokopojasnim distribucijskim mrežama (kao što suCATVmreže).Tradicionalna CATV mreža koristi koaksijalni kabel koji treba pojačati svakih nekoliko stotina metara, a radijus usluge mreže je oko 7 km.CATV mreža optičkih vlakana 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) ima prednosti oba i ima jaku konkurentnost.
Slika 4 je primjer distribucijske mreže optičkih vlakana za AM-VSB modulaciju 35 TV kanala.Izvor svjetlosti odašiljača je DFB-LD valne duljine 1550nm i izlazne snage 3,3dBm.Koristeći 4-razinski EDFA kao pojačalo za distribuciju snage, njegova ulazna snaga je oko -6dBm, a izlazna snaga je oko 13dBm.Osjetljivost optičkog prijemnika -9.2d Bm.Nakon 4 razine distribucije, ukupan broj korisnika dosegao je 4,2 milijuna, a mrežni put je više od nekoliko desetaka kilometara.Ponderirani omjer signala i šuma u testu bio je veći od 45 dB, a EDFA nije uzrokovala smanjenje CSO.
Vrijeme objave: 23. travnja 2023