1. KlasifikacijaFiberAstiprintuvai
Yra trys pagrindiniai optinių stiprintuvų tipai:
(1) puslaidininkinis optinis stiprintuvas (SOA, puslaidininkinis optinis stiprintuvas);
(2) Šviesolaidiniai stiprintuvai, legiruoti retųjų žemių elementais (erbium Er, tuliu Tm, prazeodimiu Pr, rubidžiu Nd ir kt.), daugiausia erbiu legiruoti skaiduliniai stiprintuvai (EDFA), taip pat tuliu legiruotus skaidulinius stiprintuvus (TDFA) ir prazeodimiu legiruotus skaidulinius stiprintuvus (PDFA) ir kt.
(3) Netiesiniai skaiduliniai stiprintuvai, daugiausia skaiduliniai 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 kvarco pluoštą legiruojant retųjų žemių elementais (pvz., Nd, Er, Pr, Tm ir kt.), o įvesties signalo šviesa yra tiesiogiai sustiprinama veikiant siurblio šviesai. Pateikus atitinkamą grįžtamąjį ryšį, formuojamas šviesolaidinis lazeris. Nd legiruoto pluošto stiprintuvo darbinis bangos ilgis yra 1060 nm ir 1330 nm, o jo kūrimas ir taikymas yra ribotas dėl nukrypimo nuo geriausio šviesolaidinio ryšio kriauklės prievado ir kitų priežasčių. EDFA ir PDFA veikimo bangos ilgiai yra atitinkamai mažiausių nuostolių (1550 nm) ir nulinės dispersijos bangos ilgio (1300 nm) šviesolaidžio ryšio lange, o TDFA veikia S juostoje, kuri labai tinka šviesolaidžio ryšio sistemų programoms. . Ypač praktiškas buvo EDFA, sparčiausias vystymasis.
ThePEDFA principas
Pagrindinė EDFA struktūra parodyta 1(a) paveiksle, kurį daugiausia sudaro aktyvioji terpė (maždaug dešimčių metrų ilgio erbiu legiruoto silicio dioksido pluošto, kurio šerdies skersmuo yra 3–5 mikronai, o dopingo koncentracija – 25 -1000)x10-6), siurblio šviesos šaltinis (990 arba 1480 nm LD), optinė jungtis ir optinis izoliatorius. Signalo šviesa ir siurblio šviesa gali sklisti ta pačia kryptimi (bendrakryptis siurbimas), priešingomis kryptimis (atvirkštinis siurbimas) arba abiem kryptimis (dvikryptis siurbimas) erbio pluošte. Kai signalinė lemputė ir siurblio lemputė įpurškiamos į erbio pluoštą tuo pačiu metu, veikiant siurblio lemputei, erbio jonai sužadinami iki didelio energijos lygio (1 pav. (b), trijų lygių sistema), ir greitai sumažėja iki metastabilios energijos lygio, kai grįžta į pradinę būseną, veikiant krintančios signalinės šviesos spinduliuotei, skleidžia signalinę šviesą atitinkančius fotonus, todėl signalas yra sustiprinamas. 1 paveiksle (c) parodytas sustiprintos spontaninės emisijos (ASE) spektras, turintis didelį dažnių juostos plotį (iki 20–40 nm) ir dvi smailes, atitinkančias atitinkamai 1530 nm ir 1550 nm.
Pagrindiniai EDFA pranašumai yra didelis stiprinimas, didelis pralaidumas, didelė išėjimo galia, didelis siurblio efektyvumas, mažas įterpimo nuostolis 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, mažinančio signalo SNR, yra ir kitų trūkumų, tokių kaip:
- Stiprinimo spektro netolygumas stiprintuvo dažnių juostoje turi įtakos kelių kanalų stiprinimo našumui;
- Kai optiniai stiprintuvai yra pakopiniai, kaupiasi ASE triukšmo, skaidulų dispersijos ir netiesinių efektų poveikis.
Į šiuos klausimus reikia atsižvelgti kuriant programą ir sistemą.
3. Optinio stiprintuvo taikymas optinio pluošto ryšio sistemoje
Optinio pluošto ryšio sistemojeSkaidulinis optinis stiprintuvasgali būti naudojamas ne tik kaip siųstuvo galios didinimo 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 prailgintų perdavimą. atstumą ir realizuoti visą optinį ryšį.
Šviesolaidžio ryšio sistemose pagrindiniai perdavimo atstumą ribojantys veiksniai yra šviesolaidžio praradimas ir sklaida. Naudojant siauro spektro šviesos šaltinį arba dirbant netoli nulinės dispersijos bangos ilgio, pluošto dispersijos įtaka nedidelė. Šiai sistemai nereikia atlikti visiško signalo laiko regeneravimo (3R relės) kiekvienoje perdavimo stotyje. Pakanka tiesiogiai sustiprinti optinį signalą optiniu stiprintuvu (1R relė). Optiniai stiprintuvai gali būti naudojami ne tik tolimojo magistralinėse sistemose, bet ir šviesolaidžio paskirstymo tinkluose, ypač WDM sistemose, siekiant vienu metu sustiprinti kelis kanalus.
1) Optinių stiprintuvų taikymas magistralinėse optinio pluošto ryšio sistemose
Fig. 2 yra optinio stiprintuvo panaudojimo magistralinėje šviesolaidinėje ryšio sistemoje schema. a) paveikslėlyje parodyta, kad optinis stiprintuvas naudojamas kaip siųstuvo galios didinimo stiprintuvas ir imtuvo išankstinis stiprintuvas, todėl nerelės atstumas padvigubėja. Pavyzdžiui, naudojant EDFA, sistemos perdavimą 1,8Gb/s atstumas padidėja nuo 120km iki 250km ar net pasiekia 400km. 2 pav. (b)–d) parodytas optinių stiprintuvų pritaikymas kelių relių sistemose; b paveikslas yra tradicinis 3R relės režimas; c paveiksle – 3R kartotuvų ir optinių stiprintuvų mišrus relės režimas; 2 pav. d) Tai visos optinės relės režimas; Visiškai optinėje komunikacijos sistemoje jis neapima laiko ir regeneravimo grandinių, todėl yra skaidrus ir nėra "elektroninio butelio ūso" apribojimo. Jei abiejuose galuose pakeičiama siuntimo ir priėmimo įranga, lengva atnaujinti nuo mažo iki didelio greičio, o optinio stiprintuvo keisti nereikia.
2) Optinio stiprintuvo taikymas optinio pluošto paskirstymo tinkle
Didelės galios optinių stiprintuvų (ypač EDFA) pranašumai yra labai naudingi plačiajuosčio ryšio paskirstymo tinkluose (pvz.CATVTinklai). Tradiciniame CATV tinkle naudojamas bendraašis kabelis, kurį reikia stiprinti kas kelis šimtus metrų, o tinklo aptarnavimo spindulys yra apie 7 km. Optinio pluošto CATV tinklas naudojant optinius stiprintuvus gali ne tik labai padidinti paskirstytų vartotojų skaičių, bet ir labai išplėsti tinklo kelią. Naujausi pokyčiai parodė, kad optinio pluošto/hibridinio (HFC) platinimas turi abiejų stipriąsias puses ir turi didelį konkurencingumą.
4 paveiksle yra optinio pluošto paskirstymo tinklo, skirto 35 televizijos kanalų AM-VSB moduliavimui, 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 įvesties galia yra apie –6 dBm, o išėjimo – apie 13 dBm. Optinio imtuvo jautrumas -9,2d Bm. Po 4 platinimo lygių bendras vartotojų skaičius pasiekė 4,2 milijono, o tinklo kelias yra daugiau nei dešimtys kilometrų. Testo svertinis signalo ir triukšmo santykis buvo didesnis nei 45 dB, o EDFA nesumažino CSO.
Paskelbimo laikas: 2023-04-23