1. КлассификацияFИберAMplifiers
Существует три основных типа оптических усилителей:
(1) оптический усилитель полупроводника (SOA, полупроводник оптический усилитель);
(2) Усилители оптических волокон, легированные редкоземельными элементами (Erbium ER, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium nd и т. Д.), В основном, усилители волокна, легированные эрбием, (усилители волокна, легированные эрбиеЭдфа), а также усилители волокна, легированные тулием (TDFA) и усилители волокна, легированных празеодимом (PDFA) и т. Д.
(3) Нелинейные усилители волокна, в основном волокнистые рамановские усилители (FRA, усилитель комбинационного рассеяния). Основное сравнение производительности этих оптических усилителей показано в таблице
EDFA (усилитель эрбия легированного волокна)
Многоуровневая лазерная система может быть сформирована путем легирования кварцевого волокна с редкоземельными элементами (такими как ND, ER, PR, TM и т. Д.), А входной сигнальный свет напрямую усиливается под действием света насоса. После предоставления соответствующей обратной связи образуется волоконно -лазер. Рабочая длина волны усилителя волокна ND, легированного ND, составляет 1060 нм и 1330 нм, а его разработка и применение ограничены из-за отклонения от лучшего порта волоконно-оптической связи и других причин. Рабочие длины волн EDFA и PDFA соответственно находятся в окне с самыми низкими потерями (1550 нм) и нулевой длиной волны дисперсии (1300 нм) связи оптической волокнистых приложений, а TDFA работает в S-диапазоне, которые очень подходят для приложений системы связи оптической волокна. Особенно EDFA, самое быстрое развитие, было практичным.
АPРинкипл Эдфа
Основная структура EDFA показана на рисунке 1 (A), которая в основном состоит из активной среды (легированный эрбий-легирующий волокно около десятков метров, с диаметром ядра 3-5 микрон и легирующей концентрацией (25-1000) x10-6), источника накачки (990 или 1480 нм), оптического купли-а и оптака. Сигнальный свет и насос -свет могут распространяться в одном и том же направлении (кодиправленная накачка), противоположных направлений (обратное насос) или оба направления (двунаправленная накачка) в эрбийском волокне. Когда сигнальный свет и свет насоса впрыскивают в эрбиевое волокно одновременно, ионы эрбия возбуждаются до высокого уровня энергии при действии света насоса (рис. 1 (b), трехуровневой системы) и быстро распадаются до метастабильного уровня энергии, когда он возвращается в основное состояние под действием индивидуального сигнального освещения, он подмигивает фотоны, соответствующий сигналу, так что. Рисунок 1 (c) представляет собой спектр амплифицированного спонтанного излучения (ASE) с большой пропускной способностью (до 20-40 нм) и двумя пиками, соответствующими 1530 нм и 1550 нм соответственно.
Основными преимуществами EDFA являются высокий усиление, большая полоса пропускания, высокая выходная мощность, высокая эффективность насоса, низкая потери вставки и нечувствительность к состоянию поляризации.
2. Проблемы с волоконными усилителями
Хотя оптический усилитель (особенно EDFA) имеет много выдающихся преимуществ, это не идеальный усилитель. В дополнение к дополнительному шуму, который уменьшает SNR сигнала, есть некоторые другие недостатки, такие как:
- Неравномерность спектра усиления в полосе пропускания усилителя влияет на производительность мультиканального усиления;
- Когда оптические усилители каскадны, накапливаются эффекты шума ASE, дисперсии волокна и нелинейных эффектов.
Эти проблемы должны рассматриваться в приложении и проектировании системы.
3. Применение оптического усилителя в системе связи оптического волокна
В системе связи оптического волокнаВолоконно -оптический усилительМожет использоваться не только в качестве усилителя мощности передатчика для увеличения мощности передачи, но и в качестве предусилителя приемника для повышения чувствительности приема, а также может заменить традиционную оптическую электроэлектрическую ретресс-репресс, чтобы расширить расстояние передачи и реализовать всеоптическое сообщение.
В системах связи оптических волокон основными факторами, ограничивающими расстояние передачи, являются потеря и дисперсия оптического волокна. Используя источник света узкого спектра или работая вблизи длины волны с нулевой дисперсией, влияние дисперсии волокна невелико. Эта система не должна выполнять полную регенерацию синхронизации сигнала (3R -реле) на каждой реле. Достаточно напрямую усилить оптический сигнал с помощью оптического усилителя (реле 1R). Оптические усилители могут использоваться не только в багажных системах на расстоянии, но и в оптических оптоволоконных сетях, особенно в системах WDM, для одновременного усиления нескольких каналов.
1) Применение оптических усилителей в системах связи оптических волокон
Рис. 2 представляет собой схематическую диаграмму применения оптического усилителя в системе связи с оптическим волокном багажника. (a) На рисунке показано, что оптический усилитель используется в качестве усилителя мощности передатчика и предусилителя приемника, так что расстояние, не являющееся реле, удвоится. Например, принятие EDFA, передачи системы Расстояние 1,8 ГБ/с увеличивается с 120 км до 250 км или даже достигает 400 км. Рисунок 2 (b)-(d) является применением оптических усилителей в многорелиных системах; Рисунок (б) является традиционным режимом 3R; Рисунок (C) представляет собой смешанный реле ретрансляции ретрансляторов 3R и оптических усилителей; Рисунок 2 (d) это режим полностью оптического реле; В системе полностью оптической связи она не включает в себя схемы времени и регенерации, поэтому она является битовой прозрачной, и нет ограничения «электронных бутылок». Пока замену отправляющего и принимающего оборудования на обоих концах, его легко обновить с низкой ставки до высокой скорости, а оптический усилитель не нужно заменяться.
2) Применение оптического усилителя в сети распределения оптических волокон
Преимущества высокой мощности оптических усилителей (особенно EDFA) очень полезны в широкополосных сетях распределения (например, какКошкаСети). Традиционная сеть CATV принимает коаксиальный кабель, который необходимо усилить каждые несколько сотен метров, а радиус обслуживания сети составляет около 7 км. Сеть оптического волокна CATV с использованием оптических усилителей может не только значительно увеличить количество распределенных пользователей, но и значительно расширить сетевой путь. Недавние разработки показали, что распределение оптического волокна/гибридного (HFC) вызывает сильные стороны обоих и обладает сильной конкурентоспособностью.
Рисунок 4 является примером оптической сети распределения волокон для модуляции AM-VSB 35 каналов телевизора. Источником света передатчика является DFB-LD с длиной волны 1550 нм и выходной мощностью 3,3 дБм. Используя 4 -уровневый EDFA в качестве усилителя распределения мощности, его входная мощность составляет около -6 дБМ, а его выходная мощность составляет около 13 дБм. Оптический приемник чувствительность -9,2D BM. После 4 уровней распределения общее число пользователей достигло 4,2 миллиона, а сетевой путь составляет более десятков километров. Взвешенное отношение сигнал / шум теста было более 45 дБ, и EDFA не вызвала снижения CSO.
Пост времени: апрель-23-2023