1. ClasificareaFiberAamplificatoare
Există trei tipuri principale de amplificatoare optice:
(1) Amplificator optic cu semiconductor (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Amplificatoare cu fibră optică dopate cu elemente din pământuri rare (erbiu Er, tuliu Tm, praseodim Pr, rubidiu Nd etc.), în principal amplificatoare cu fibră dopată cu erbiu (EDFA), precum și amplificatoare cu fibră dopată cu tuliu (TDFA) și amplificatoare cu fibre dopate cu praseodim (PDFA) etc.
(3) Amplificatoare neliniare cu fibră, în principal amplificatoare cu fibră Raman (FRA, Fiber Raman Amplifier).Principala comparație a performanței acestor amplificatoare optice este prezentată în tabel
EDFA (amplificator cu fibră dopată cu erbiu)
Un sistem laser cu mai multe niveluri poate fi format prin doparea fibrei de cuarț cu elemente de pământuri rare (cum ar fi Nd, Er, Pr, Tm etc.), iar semnalul luminos de intrare este amplificat direct sub acțiunea luminii pompei.După furnizarea unui feedback adecvat, se formează un laser cu fibră.Lungimea de undă de lucru a amplificatorului cu fibră dopată cu Nd este de 1060 nm și 1330 nm, iar dezvoltarea și aplicarea sa sunt limitate din cauza abaterii de la cel mai bun port receptor al comunicației cu fibră optică și din alte motive.Lungimile de undă de operare ale EDFA și PDFA sunt, respectiv, în fereastra celei mai mici pierderi (1550nm) și lungimea de undă cu dispersie zero (1300nm) a comunicațiilor cu fibră optică, iar TDFA funcționează în banda S, care sunt foarte potrivite pentru aplicațiile sistemelor de comunicații cu fibră optică. .În special EDFA, cea mai rapidă dezvoltare, a fost practică.
ThePprincipiul 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 erbiu lungime de aproximativ zeci de metri, cu un diametru al miezului de 3-5 microni și o concentrație de doping de (25). -1000)x10-6), sursă de lumină cu pompă (990 sau 1480nm LD), cuplaj optic și izolator optic.Lumina de semnal și lumina pompei se pot propaga în aceeași direcție (pompare codirecțională), în direcții opuse (pompare inversă) sau în ambele direcții (pompare bidirecțională) în fibra de erbiu.Când lumina de semnal și lumina pompei sunt injectate în fibra de erbiu în același timp, ionii de erbiu sunt excitați la un nivel de energie ridicat sub acțiunea luminii pompei (Figura 1 (b), un sistem cu trei niveluri), și scade rapid la nivelul de energie metastabil, când revine la starea fundamentală sub acțiunea luminii de semnal incidente, emite fotoni corespunzători luminii de semnal, astfel încât semnalul este amplificat.Figura 1 (c) este spectrul său de emisie spontană amplificată (ASE) cu o lățime de bandă mare (până la 20-40 nm) și două vârfuri corespunzătoare la 1530 nm și, respectiv, 1550 nm.
Principalele avantaje ale EDFA sunt câștig mare, lățime de bandă mare, putere mare de ieșire, eficiență ridicată a pompei, pierderi reduse de inserție și insensibilitate la starea de polarizare.
2. Probleme cu amplificatoarele cu fibră optică
Deși amplificatorul optic (în special EDFA) are multe avantaje remarcabile, nu este un amplificator ideal.Pe lângă zgomotul suplimentar care reduce SNR-ul semnalului, există și alte neajunsuri, cum ar fi:
- Neuniformitatea spectrului de câștig în lățimea de bandă a amplificatorului afectează performanța de amplificare multicanal;
- Când amplificatoarele optice sunt în cascadă, se vor acumula efectele zgomotului ASE, dispersia fibrei și efectele neliniare.
Aceste aspecte trebuie luate în considerare în proiectarea aplicației și a sistemului.
3. Aplicarea amplificatorului optic în sistemul de comunicații cu fibră optică
În sistemul de comunicații prin fibră optică,Amplificator cu fibra opticapoate fi folosit nu numai ca amplificator de creștere a puterii emițătorului pentru a crește puterea de transmisie, ci și ca preamplificator al receptorului pentru a îmbunătăți sensibilitatea de recepție și poate înlocui, de asemenea, repetitorul tradițional optic-electric-optic, pentru a extinde transmisia distanță și să realizeze o comunicare complet optică.
În sistemele de comunicații cu fibră optică, 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 temporizării semnalului (releu 3R) la fiecare stație de releu.Este suficientă amplificarea directă a semnalului optic cu un amplificator optic (releu 1R).Amplificatoarele optice pot fi utilizate nu numai în sistemele trunchiului pe distanțe lungi, ci și în rețelele de distribuție cu fibră optică, în special în sistemele WDM, pentru a amplifica mai multe canale simultan.
1) Aplicarea amplificatoarelor optice în sistemele de comunicații cu fibră optică trunchi
Fig. 2 este o diagramă schematică a aplicării amplificatorului optic în sistemul de comunicație trunchi de fibră optică.(a) imaginea arată că amplificatorul optic este folosit ca amplificator de putere al transmițătorului și ca preamplificator al receptorului, astfel încât distanța fără releu să fie dublată.De exemplu, adoptarea EDFA, sistemul de transmisie 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 relee;Figura (b) este modul tradițional de releu 3R;Figura (c) este modul de releu mixt al repetoarelor și amplificatoarelor optice 3R;Figura 2 (d) Este un mod de releu integral optic;într-un sistem de comunicație complet optică, nu include circuite de sincronizare și regenerare, deci este transparent la biți și nu există nicio restricție de „sticlă electronică”.Atâta timp cât echipamentul de trimitere și de primire la ambele capete este înlocuit, este ușor să faceți upgrade de la o rată scăzută la o rată ridicată, iar amplificatorul optic nu trebuie înlocuit.
2) Aplicarea amplificatorului optic în rețeaua de distribuție a fibrei optice
Avantajele de putere mare de ieșire ale 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 serviciu a rețelei este de aproximativ 7 km.Rețeaua CATV cu fibră optică care utilizează amplificatoare optice nu numai că poate crește foarte mult numărul de utilizatori distribuiți, ci și extinde foarte mult calea rețelei.Evoluțiile recente au arătat că distribuția fibrei optice/hibrid (HFC) atrage punctele forte ale ambelor și are o competitivitate puternică.
Figura 4 este un exemplu de rețea de distribuție cu fibră optică pentru modularea AM-VSB a 35 de canale TV.Sursa de lumină a transmițătorului este DFB-LD cu o lungime de undă de 1550 nm și o putere de ieșire de 3,3 dBm.Folosind EDFA pe 4 niveluri ca amplificator de distribuție a puterii, puterea sa de intrare este de aproximativ -6dBm, iar puterea de ieșire este de aproximativ 13dBm.Sensibilitatea receptorului optic -9.2d Bm.După 4 niveluri de distribuție, numărul total de utilizatori a ajuns la 4,2 milioane, iar calea rețelei este de peste zeci de kilometri.Raportul ponderat semnal-zgomot al testului a fost mai mare de 45dB, iar EDFA nu a provocat o reducere a CSO.
Ora postării: 23-apr-2023