1. Klassifisering avFiberAforsterkere
Det er tre hovedtyper av optiske forsterkere:
(1) Halvleder optisk forsterker (SOA, halvleder optisk forsterker);
(2) Optiske fiberforsterkere dopet med sjeldne jordartselementer (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, etc.), hovedsakelig erbium-dopet fiberforsterkere (EDFA), samt thulium-dopet fiberforsterkere (TDFA) og praseodym-dopet fiberforsterkere (PDFA), etc.
(3) Ikke-lineære fiberforsterkere, hovedsakelig fiber Raman-forsterkere (FRA, Fiber Raman Amplifier).Hovedytelsessammenlikningen til disse optiske forsterkerne er vist i tabellen
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
Et flernivålasersystem kan dannes ved å dope kvartsfiberen med sjeldne jordartselementer (som Nd, Er, Pr, Tm, etc.), og inngangssignallyset blir direkte forsterket under påvirkning av pumpelyset.Etter å ha gitt passende tilbakemelding, dannes en fiberlaser.Arbeidsbølgelengden til den Nd-dopede fiberforsterkeren er 1060nm og 1330nm, og dens utvikling og anvendelse er begrenset på grunn av avvik fra den beste synkeporten for fiberoptisk kommunikasjon og andre årsaker.Driftsbølgelengdene til EDFA og PDFA er henholdsvis i vinduet for det laveste tapet (1550nm) og nullspredningsbølgelengden (1300nm) for optisk fiberkommunikasjon, og TDFA opererer i S-båndet, som er svært egnet for optiske fiberkommunikasjonssystemer. .Spesielt EDFA, den raskeste utviklingen, har vært praktisk.
DePprinsippet om EDFA
Grunnstrukturen til EDFA er vist i figur 1(a), som hovedsakelig består av et aktivt medium (erbium-dopet silikafiber omtrent titalls meter lang, med en kjernediameter på 3-5 mikron og en dopingkonsentrasjon på (25) -1000)x10-6), pumpelyskilde (990 eller 1480nm LD), optisk kopler og optisk isolator.Signallys og pumpelys kan forplante seg i samme retning (samdireksjonell pumping), motsatte retninger (omvendt pumping) eller begge retninger (toveis pumping) i erbiumfiberen.Når signallyset og pumpelyset sprøytes inn i erbiumfiberen samtidig, eksiteres erbiumionene til et høyt energinivå under påvirkning av pumpelyset (Figur 1 (b), et tre-nivå system), og forfaller raskt til det metastabile energinivået, når det går tilbake til grunntilstanden under påvirkning av det innfallende signallyset, sender det ut fotoner som tilsvarer signallyset, slik at signalet forsterkes.Figur 1 (c) er dets forsterkede spontane emisjon (ASE) spektrum med stor båndbredde (opptil 20-40 nm) og to topper som tilsvarer henholdsvis 1530 nm og 1550 nm.
Hovedfordelene med EDFA er høy forsterkning, stor båndbredde, høy utgangseffekt, høy pumpeeffektivitet, lavt innsettingstap og ufølsomhet for polarisasjonstilstand.
2. Problemer med fiberoptiske forsterkere
Selv om den optiske forsterkeren (spesielt EDFA) har mange enestående fordeler, er den ikke en ideell forsterker.I tillegg til den ekstra støyen som reduserer SNR-signalet, er det noen andre mangler, for eksempel:
- Ujevnhet i forsterkningsspekteret innenfor forsterkerens båndbredde påvirker multi-kanals forsterkningsytelse;
- Når optiske forsterkere kaskades vil effekten av ASE-støy, fiberspredning og ikke-lineære effekter akkumuleres.
Disse problemene må vurderes i applikasjons- og systemdesign.
3. Anvendelse av optisk forsterker i optisk fiberkommunikasjonssystem
I det optiske fiberkommunikasjonssystemet erFiberoptisk forsterkerkan brukes ikke bare som en effektforsterker for senderen for å øke sendeeffekten, men også som en forforsterker til mottakeren for å forbedre mottaksfølsomheten, og kan også erstatte den tradisjonelle optisk-elektrisk-optiske repeateren, for å utvide overføringen avstand og realisere all-optisk kommunikasjon.
I optiske fiberkommunikasjonssystemer er hovedfaktorene som begrenser overføringsavstanden tapet og spredningen av den optiske fiberen.Ved å bruke en smalspektret lyskilde, eller arbeide nær nulldispersjonsbølgelengden, er påvirkningen av fiberspredning liten.Dette systemet trenger ikke å utføre fullstendig signaltidsregenerering (3R-relé) ved hver reléstasjon.Det er tilstrekkelig å forsterke det optiske signalet direkte med en optisk forsterker (1R-relé).Optiske forsterkere kan brukes ikke bare i langdistanse trunksystemer, men også i optiske fiberdistribusjonsnettverk, spesielt i WDM-systemer, for å forsterke flere kanaler samtidig.
1) Anvendelse av optiske forsterkere i trunk optiske fiberkommunikasjonssystemer
Fig. 2 er et skjematisk diagram av anvendelsen av den optiske forsterkeren i det optiske fiberkommunikasjonssystemet.(a) bildet viser at den optiske forsterkeren brukes som effektforsterker for senderen og forforsterkeren til mottakeren slik at ikke-reléavstanden dobles.For eksempel ved å ta i bruk EDFA, systemoverføringen avstand på 1,8 Gb/s øker fra 120 km til 250 km eller når til og med 400 km.Figur 2 (b)-(d) er anvendelsen av optiske forsterkere i multi-relésystemer;Figur (b) er den tradisjonelle 3R-relémodusen;Figur (c) er den blandede relémodusen til 3R-repeatere og optiske forsterkere;Figur 2 (d) Det er en helt optisk relémodus;i et helt optisk kommunikasjonssystem inkluderer det ikke timing- og regenereringskretser, så det er bit-transparent, og det er ingen "elektronisk flaske whisker"-begrensning.Så lenge sende- og mottaksutstyret i begge ender byttes ut, er det enkelt å oppgradere fra lav hastighet til høy hastighet, og den optiske forsterkeren trenger ikke å byttes.
2) Anvendelse av optisk forsterker i optisk fiberdistribusjonsnettverk
De høye effektfordelene til optiske forsterkere (spesielt EDFA) er svært nyttige i bredbåndsdistribusjonsnettverk (som f.eks.CATVnettverk).Det tradisjonelle CATV-nettverket bruker koaksialkabel, som må forsterkes hver flere hundre meter, og tjenesteradiusen til nettverket er omtrent 7 km.Det optiske fiber-CATV-nettverket som bruker optiske forsterkere, kan ikke bare øke antallet distribuerte brukere betraktelig, men også utvide nettverksbanen betydelig.Nyere utvikling har vist at distribusjonen av optisk fiber/hybrid (HFC) trekker styrkene til begge og har sterk konkurranseevne.
Figur 4 er et eksempel på et optisk fiberdistribusjonsnettverk for AM-VSB-modulering av 35 TV-kanaler.Lyskilden til senderen er DFB-LD med en bølgelengde på 1550nm og utgangseffekt på 3,3dBm.Ved å bruke 4-nivå EDFA som en kraftfordelingsforsterker, er inngangseffekten omtrent -6dBm, og utgangseffekten er omtrent 13dBm.Optisk mottakerfølsomhet -9,2d Bm.Etter 4 distribusjonsnivåer har det totale antallet brukere nådd 4,2 millioner, og nettverksbanen er mer enn titalls kilometer.Det vektede signal-til-støy-forholdet til testen var større enn 45dB, og EDFA forårsaket ikke en reduksjon i CSO.
Innleggstid: 23. april 2023