1. KlasifikacijaFiberAstiprintuvai
Yra trys pagrindiniai optinių stiprintuvų tipai:
(1) Puslaidininkinis optinis stiprintuvas (SOA, puslaidininkinis optinis stiprintuvas);
(2) Optinių skaidulų stiprintuvai, legiruoti retųjų žemių elementais (erbiu Er, tuliu Tm, prazeodimiu Pr, rubidžiu Nd ir kt.), daugiausia erbiu legiruoti skaidulų stiprintuvai (EDFA), taip pat tulio legiruoti šviesolaidiniai stiprintuvai (TDFA) ir praseodimio legiruoti šviesolaidiniai stiprintuvai (PDFA) ir kt.
(3) Netiesiniai šviesolaidiniai stiprintuvai, daugiausia šviesolaidiniai Ramano stiprintuvai (FRA, Fiber Raman Amplifier). Pagrindinis šių optinių stiprintuvų našumo palyginimas pateiktas lentelėje.
EDFA (erbio legiruoto pluošto stiprintuvas)
Daugiapakopė lazerinė sistema gali būti suformuota legiruojant kvarcinį pluoštą retųjų žemių elementais (pvz., Nd, Er, Pr, Tm ir kt.), o įėjimo signalo šviesa tiesiogiai sustiprinama veikiant siurblio šviesai. Suteikus tinkamą grįžtamąjį ryšį, suformuojamas pluošto lazeris. Nd legiruoto pluošto stiprintuvo darbinis bangos ilgis yra 1060 nm ir 1330 nm, o jo kūrimas ir taikymas yra riboti dėl nukrypimų nuo geriausio šviesolaidinio ryšio kriauklės prievado ir kitų priežasčių. EDFA ir PDFFA darbiniai bangos ilgiai yra atitinkamai mažiausių optinio pluošto ryšio nuostolių (1550 nm) ir nulinės dispersijos bangos ilgių (1300 nm) diapazone, o TDFA veikia S diapazone, kuris labai tinka optinio pluošto ryšio sistemų taikymams. Ypač sparčiausiai vystoma EDFA buvo praktiška.
ThePEDFA principas
Pagrindinė EDFA struktūra parodyta 1(a) paveiksle, kurią daugiausia sudaro aktyvioji terpė (maždaug dešimčių metrų ilgio erbiu legiruotas silicio dioksido pluoštas, kurio šerdies skersmuo yra 3–5 mikronai, o legiravimo koncentracija – (25–1000)x10⁻⁶), kaupinimo šviesos šaltinis (990 arba 1480 nm LD), optinis jungiklis ir optinis izoliatorius. Signalinė šviesa ir kaupinimo šviesa erbio pluošte gali sklisti ta pačia kryptimi (vienkryptis kaupinimas), priešingomis kryptimis (atvirkštinis kaupinimas) arba abiem kryptimis (dvikryptis kaupinimas). Kai signalinė šviesa ir kaupinimo šviesa vienu metu įpurškiamos į erbio pluoštą, erbio jonai, veikiant kaupinimo šviesai, sužadinami iki aukšto energijos lygio (1(b) paveikslas, trijų lygių sistema) ir greitai sumažėja iki metastabilaus energijos lygio. Kai, veikiant krintančiam signaliniam šviesai, grįžta į pagrindinę būseną, jis skleidžia signalinę šviesą atitinkančius fotonus, todėl signalas sustiprinamas. 1(c) paveiksle pateiktas sustiprintos savaiminės emisijos (ASE) spektras su dideliu dažnių juostos pločiu (iki 20–40 nm) ir dviem pikais, atitinkančiais atitinkamai 1530 nm ir 1550 nm.
Pagrindiniai EDFA privalumai yra didelis stiprinimas, didelis pralaidumas, didelė išėjimo galia, didelis siurblio efektyvumas, maži įterpties nuostoliai ir nejautrumas poliarizacijos būsenai.
2. Problemos su šviesolaidiniais stiprintuvais
Nors optinis stiprintuvas (ypač EDFA) turi daug išskirtinių privalumų, jis nėra idealus stiprintuvas. Be papildomo triukšmo, kuris sumažina signalo SNR, yra ir kitų trūkumų, tokių kaip:
- Stiprinimo spektro netolygumas stiprintuvo pralaidumo ribose turi įtakos daugiakanalio stiprinimo našumui;
- Kai optiniai stiprintuvai yra kaskadiniai, kaupiasi ASE triukšmo, skaidulų dispersijos ir netiesinių efektų poveikis.
Į šiuos klausimus reikia atsižvelgti kuriant programas ir sistemas.
3. Optinio stiprintuvo taikymas optinio pluošto ryšio sistemoje
Optinio pluošto ryšio sistemojeŠviesolaidinis optinis stiprintuvasGali būti naudojamas ne tik kaip siųstuvo galios stiprintuvas, siekiant padidinti perdavimo galią, bet ir kaip imtuvo išankstinis stiprintuvas, siekiant pagerinti priėmimo jautrumą, taip pat gali pakeisti tradicinį optinį-elektrinį-optinį kartotuvą, kad būtų padidintas perdavimo atstumas ir užtikrintas visiškai optinis ryšys.
Optinių skaidulų ryšio sistemose pagrindiniai perdavimo atstumą ribojantys veiksniai yra optinio pluošto nuostoliai ir dispersija. Naudojant siauro spektro šviesos šaltinį arba dirbant netoli nulinės dispersijos bangos ilgio, pluošto dispersijos įtaka yra maža. Šiai sistemai nereikia atlikti visiško signalo laiko regeneravimo (3R relė) kiekvienoje relės stotyje. Pakanka tiesiogiai sustiprinti optinį signalą optiniu stiprintuvu (1R relė). Optiniai stiprintuvai gali būti naudojami ne tik tolimojo nuotolio magistralinėse sistemose, bet ir optinių skaidulų paskirstymo tinkluose, ypač WDM sistemose, siekiant vienu metu sustiprinti kelis kanalus.
1) Optinių stiprintuvų taikymas magistralinių optinių skaidulų ryšio sistemose
2 pav. pateikta optinio stiprintuvo taikymo magistralinėje optinio pluošto ryšio sistemoje schema. (a) paveikslėlyje parodyta, kad optinis stiprintuvas naudojamas kaip siųstuvo galios stiprinimo stiprintuvas ir imtuvo išankstinis stiprintuvas, todėl nerelinis atstumas padvigubėja. Pavyzdžiui, naudojant EDFA, sistemos perdavimas 1,8 Gb/s atstumas padidėja nuo 120 km iki 250 km ar net pasiekia 400 km. 2 paveiksle (b)-(d) pavaizduotas optinių stiprintuvų taikymas daugiarelinėse sistemose; (b) paveiksle pavaizduotas tradicinis 3R relinis režimas; (c) paveiksle pavaizduotas mišrus 3R kartotuvų ir optinių stiprintuvų relinis režimas; 2 paveiksle (d) pavaizduotas visiškai optinis relinis režimas; visiškai optinėje ryšio sistemoje nėra laiko ir regeneravimo grandinių, todėl ji yra bitų skaidrumo ir nėra „elektroninio butelio ūso“ apribojimų. Pakeitus siuntimo ir priėmimo įrangą abiejuose galuose, lengva atnaujinti iš mažo greičio į didelį, o optinio stiprintuvo keisti nereikia.
2) Optinio stiprintuvo taikymas optinio pluošto paskirstymo tinkle
Didelės optinių stiprintuvų (ypač EDFA) išėjimo galios pranašumai yra labai naudingi plačiajuosčio ryšio paskirstymo tinkluose (pvz.,Kabelinė televizijaTinklai). Tradiciniame kabelinės televizijos tinkle naudojamas bendraašis kabelis, kurį reikia stiprinti kas kelis šimtus metrų, o tinklo aptarnavimo spindulys yra apie 7 km. Optinio pluošto kabelinės televizijos tinklas, naudojantis optinius stiprintuvus, gali ne tik gerokai padidinti paskirstytų vartotojų skaičių, bet ir gerokai išplėsti tinklo kelią. Naujausi pokyčiai parodė, kad optinio pluošto / hibridinio (HFC) paskirstymas išnaudoja abiejų stipriąsias puses ir yra labai konkurencingas.
4 paveiksle pateiktas optinio pluošto paskirstymo tinklo, skirto 35 televizijos kanalų AM-VSB moduliacijai, pavyzdys. Siųstuvo šviesos šaltinis yra DFB-LD, kurio bangos ilgis yra 1550 nm, o išėjimo galia – 3,3 dBm. Naudojant 4 lygių EDFA kaip galios paskirstymo stiprintuvą, jo įėjimo galia yra apie -6 dBm, o išėjimo galia – apie 13 dBm. Optinio imtuvo jautrumas yra -9,2 dBm. Po 4 paskirstymo lygių bendras vartotojų skaičius pasiekė 4,2 mln., o tinklo kelias buvo daugiau nei dešimtys kilometrų. Bandymo svertinis signalo ir triukšmo santykis buvo didesnis nei 45 dB, o EDFA nesukėlė CSO sumažėjimo.
Įrašo laikas: 2023 m. balandžio 23 d.