1. ClasificareaFIberAmplificatori
Există trei tipuri principale de amplificatoare optice:
(1) amplificator optic semiconductor (SOA, amplificator optic semiconductor);
(2) Amplificatoare de fibre optice dopate cu elemente de pământ rare (Erbium ER, Thuliu TM, Praseodymium PR, Rubidium ND, etc.), în principal amplificatoare de fibre dopate Erbium (EDFA), precum și amplificatoare de fibre dopate cu thuliu (TDFA) și amplificatoare de fibre dopate cu praseodim (PDFA), etc.
(3) Amplificatoare de fibre neliniare, în principal amplificatoare Raman din fibră (FRA, Amplificator de fibre Raman). Principala comparație de performanță a acestor amplificatoare optice este prezentată în tabel
EDFA (Amplificator de fibre dopat Erbium)
Un sistem laser pe mai multe niveluri poate fi format prin doparea fibrei de cuarț cu elemente de pământ rare (cum ar fi ND, ER, PR, TM, etc.), iar lumina semnalului de intrare este direct amplificată sub acțiunea luminii pompei. După furnizarea de feedback adecvat, se formează un laser cu fibre. Lungimea de undă de lucru a amplificatorului de fibre dopat cu ND este de 1060nm și 1330nm, iar dezvoltarea și aplicarea acestuia sunt limitate din cauza abaterii de la cel mai bun port de comunicare cu fibră optică și din alte motive. Lungimile de undă de funcționare ale EDFA și PDFA sunt respectiv în fereastra cea mai mică pierdere (1550nm) și lungimea de undă de dispersie zero (1300nm) a comunicării cu fibre optice, iar TDFA funcționează în banda S, care sunt foarte potrivite pentru aplicații de sistem de comunicare de fibre optice. Mai ales EDFA, cea mai rapidă dezvoltare, a fost practică.
PRinciciul EDFA
Structura de bază a EDFA este prezentată în figura 1 (a), care este compusă în principal dintr-un mediu activ (fibră de silice dopată cu erbium, aproximativ zeci de metri lungime, cu un diametru de miez de 3-5 microni și o concentrație de dopaj de (25-1000) x10-6), sursa de lumină a pompei (990 sau 1480NM LD), cuplarea optică și izolatorul optic. Lumina de semnal și lumina pompei se pot propaga în aceeași direcție (pompare codirecțională), direcții opuse (pompare inversă) sau ambele direcții (pompare bidirecțională) în fibra erbium. Când lumina semnalului și lumina pompei sunt injectate în fibra erbium în același timp, ionii erbium sunt excitați la un nivel ridicat de energie sub acțiunea luminii pompei (figura 1 (b), un sistem cu trei niveluri) și se descompune rapid la nivelul de energie metastabil, atunci când se întoarce la starea solului sub acțiunea semnalului de semnal incident, acesta emite fotoni corespunzători la lumina semnalului, astfel încât semnalul să fie amplificat. Figura 1 (c) este spectrul său de emisie spontană (ASE) amplificat cu o lățime mare de bandă (până la 20-40nm) și două vârfuri corespunzătoare la 1530nm, respectiv 1550nm.
Principalele avantaje ale EDFA sunt câștigul mare, lățimea de bandă mare, puterea ridicată de ieșire, eficiența ridicată a pompei, pierderea scăzută de inserție și insensibilitatea la starea de polarizare.
2. Probleme cu amplificatoarele optice din fibră
Deși amplificatorul optic (în special EDFA) are multe avantaje excepționale, nu este un amplificator ideal. În plus față de zgomotul suplimentar care reduce SNR al semnalului, există alte deficiențe, cum ar fi:
- Inevarea spectrului de câștig în cadrul lățimii de bandă a amplificatorului afectează performanța de amplificare multi-canal;
- Când amplificatoarele optice sunt în cascadă, se vor acumula efectele zgomotului ASE, dispersiei fibrelor și efectelor neliniare.
Aceste probleme trebuie luate în considerare în proiectarea aplicației și a sistemului.
3. Aplicarea amplificatorului optic în sistemul de comunicare a fibrelor optice
În sistemul de comunicare a fibrelor optice,Amplificator de fibră opticăPoate fi utilizat nu numai ca amplificator de impulsuri de putere a emițătorului pentru a crește puterea de transmisie, ci și ca un preamplificator al receptorului pentru a îmbunătăți sensibilitatea receptoare și poate înlocui, de asemenea, tradiționalul optic-electric-electric-optic, pentru a extinde distanța de transmisie și a realiza o comunicare atoticală.
În sistemele de comunicații cu fibre optice, principalii factori care limitează distanța de transmisie sunt pierderea și dispersia fibrei optice. Folosind o sursă de lumină cu spectru îngust sau lucrând în apropierea lungimii de undă cu dispersie zero, influența dispersiei fibrelor este mică. Acest sistem nu trebuie să efectueze regenerarea completă a cronometrului semnalului (releu 3R) la fiecare stație de releu. Este suficient să amplificăm direct semnalul optic cu un amplificator optic (releu 1R). Amplificatoarele optice pot fi utilizate nu numai în sistemele de trunchi pe distanțe lungi, ci și în rețelele de distribuție a fibrelor optice, în special în sistemele WDM, pentru a amplifica mai multe canale simultan.
1) Aplicarea amplificatoarelor optice în sistemele de comunicații cu fibră optică a trunchiului
Fig. 2 este o diagramă schematică a aplicării amplificatorului optic în sistemul de comunicare a fibrelor optice ale trunchiului. (a) Imaginea arată că amplificatorul optic este utilizat ca amplificator de impulsuri de putere a emițătorului și preamplificatorul receptorului, astfel încât distanța care nu se relatează să fie dublată. De exemplu, adoptarea EDFA, transmisia sistemului Distanța de 1,8 GB/s crește de la 120 km la 250 km sau chiar ajunge la 400 km. Figura 2 (b)-(d) este aplicarea amplificatoarelor optice în sisteme cu mai multe relații; Figura (b) este modul tradițional de releu 3R; Figura (c) este modul releu mixt al 3R repetatoare și amplificatoare optice; Figura 2 (d) este un mod de releu all-optic; Într-un sistem de comunicare integral, acesta nu include circuite de sincronizare și regenerare, deci este transparentă de biți și nu există nicio restricție „butuc electronic de flacon”. Atâta timp cât echipamentul de trimitere și primire la ambele capete sunt înlocuite, este ușor de actualizat de la o rată scăzută la o rată mare, iar amplificatorul optic nu trebuie înlocuit.
2) Aplicarea amplificatorului optic în rețeaua de distribuție a fibrelor optice
Avantajele de mare putere a amplificatoarelor optice (în special EDFA) sunt foarte utile în rețelele de distribuție în bandă largă (cum ar fiCatvRețele). Rețeaua tradițională CATV adoptă cablu coaxial, care trebuie amplificat la fiecare câteva sute de metri, iar raza de service a rețelei este de aproximativ 7 km. Rețeaua optică de fibre catv folosind amplificatoare optice nu numai că poate crește foarte mult numărul de utilizatori distribuiți, dar, de asemenea, extinde foarte mult calea rețelei. Evoluțiile recente au arătat că distribuția fibrei/hibridelor optice (HFC) atrage punctele forte ale ambelor și are o competitivitate puternică.
Figura 4 este un exemplu de rețea de distribuție a fibrelor optice pentru modularea AM-VSB a 35 de canale de TV. Sursa de lumină a emițătorului este DFB-LD cu o lungime de undă de 1550nm și putere de ieșire de 3,3dBM. Folosind EDFA la 4 niveluri ca amplificator de distribuție a puterii, puterea sa de intrare este de aproximativ -6DBM, iar puterea de ieșire este de aproximativ 13DBM. Sensibilitate optică a receptorului -9.2d BM. După 4 niveluri de distribuție, numărul total de utilizatori a ajuns la 4,2 milioane, iar calea rețelei este mai mare decât zeci de kilometri. Raportul semnal-zgomot ponderat al testului a fost mai mare de 45DB, iar EDFA nu a provocat o reducere a CSO.
Timpul post: 23-2023 aprilie