1. КласіфікацыяFіберAузмацняльнікі
Існуе тры асноўныя тыпы аптычных узмацняльнікаў:
(1) Паўправадніковы аптычны ўзмацняльнік (SOA, паўправадніковы аптычны ўзмацняльнік);
(2) Валаконна-аптычныя ўзмацняльнікі, легаваныя рэдказямельнымі элементамі (эрбій Er, тулій Tm, празеадым Pr, рубідый Nd і г.д.), галоўным чынам валаконна-аптычныя ўзмацняльнікі, легаваныя эрбіем (ЭДФА), а таксама валаконныя ўзмацняльнікі, легаваныя туліем (TDFA), і валаконныя ўзмацняльнікі, легаваныя празеадымам (PDFA), і г.д.
(3) Нелінейныя валаконныя ўзмацняльнікі, галоўным чынам валаконныя ўзмацняльнікі Рамана (FRA, Fiber Raman Amplifier). Асноўнае параўнанне прадукцыйнасці гэтых аптычных узмацняльнікаў паказана ў табліцы.
EDFA (валаконны ўзмацняльнік, легаваны эрбіем)
Шматузроўневая лазерная сістэма можа быць сфарміравана шляхам легавання кварцавага валакна рэдказямельнымі элементамі (такімі як Nd, Er, Pr, Tm і г.д.), і ўваходны сігнал святла непасрэдна ўзмацняецца пад дзеяннем святла накачкі. Пасля забеспячэння адпаведнай зваротнай сувязі фармуецца валаконны лазер. Працоўная даўжыня хвалі валаконнага ўзмацняльніка, легаванага Nd, складае 1060 нм і 1330 нм, і яго распрацоўка і прымяненне абмежаваныя з-за адхілення ад найлепшага порта прыёму валаконна-аптычнай сувязі і іншых прычын. Рабочыя даўжыні хваль EDFA і PDFA знаходзяцца адпаведна ў дыяпазоне найменшых страт (1550 нм) і даўжыні хвалі нулявой дысперсіі (1300 нм) валаконна-аптычнай сувязі, а TDFA працуе ў S-дыяпазоне, што вельмі падыходзіць для прымянення ў сістэмах валаконна-аптычнай сувязі. Асабліва практычным быў EDFA, які найбольш хутка развіваўся.
ГэтыPпрынцып EDFA
Асноўная структура EDFA паказана на малюнку 1(a). Яна ў асноўным складаецца з актыўнага асяроддзя (легаванага эрбіем дыяксідам крэмнію валакна даўжынёй каля дзясяткаў метраў, з дыяметрам асяродку 3-5 мікрон і канцэнтрацыяй легіравання (25-1000)x10-6), крыніцы накачкі (LD 990 або 1480 нм), аптычнага злучальніка і аптычнага ізалятара. Сігнальнае святло і накачкавае святло могуць распаўсюджвацца ў адным кірунку (сунакіраваная накачка), у процілеглых напрамках (зваротная накачка) або ў абодвух напрамках (двухнакіраваная накачка) у эрбіевым валакне. Калі сігнальнае святло і накачкавае святло адначасова ўводзяць у эрбіевае валакно, іоны эрбія пад уздзеяннем накачкі ўзбуджаюцца да высокага энергетычнага ўзроўню (малюнак 1(b), трохузроўневая сістэма) і хутка распадаюцца да метастабільнага энергетычнага ўзроўню. Калі яны вяртаюцца ў асноўны стан пад уздзеяннем падаючага сігнальнага святла, яны выпраменьваюць фатоны, якія адпавядаюць сігнальнаму святлу, у выніку чаго сігнал узмацняецца. На малюнку 1 (c) паказаны спектр узмоцненага спантаннага выпраменьвання (ASE) з вялікай паласой прапускання (да 20-40 нм) і двума пікамі, якія адпавядаюць 1530 нм і 1550 нм адпаведна.
Асноўнымі перавагамі EDFA з'яўляюцца высокі каэфіцыент узмацнення, вялікая прапускная здольнасць, высокая выходная магутнасць, высокая эфектыўнасць накачкі, нізкія ўносныя страты і неадчувальнасць да стану палярызацыі.
2. Праблемы з валаконна-аптычнымі ўзмацняльнікамі
Нягледзячы на тое, што аптычны ўзмацняльнік (асабліва EDFA) мае шмат выдатных пераваг, ён не з'яўляецца ідэальным. Акрамя дадатковага шуму, які зніжае суадносіны сігнал/шум (SNR), ёсць і іншыя недахопы, такія як:
- Нераўнамернасць спектру ўзмацнення ў межах паласы паласы ўзмацняльніка ўплывае на прадукцыйнасць шматканальнага ўзмацнення;
- Пры каскадным падключэнні аптычных узмацняльнікаў назапашваюцца эфекты шуму ASE, дысперсіі валакна і нелінейных эфектаў.
Гэтыя пытанні неабходна ўлічваць пры праектаванні прыкладанняў і сістэм.
3. Прымяненне аптычнага ўзмацняльніка ў сістэме валаконна-аптычнай сувязі
У сістэме валаконна-аптычнай сувязі,Валаконна-аптычны ўзмацняльнікможа выкарыстоўвацца не толькі ў якасці ўзмацняльніка магутнасці перадатчыка для павелічэння магутнасці перадачы, але і ў якасці папярэдняга ўзмацняльніка прымача для паляпшэння адчувальнасці прыёму, а таксама можа замяніць традыцыйны аптычна-электрычна-аптычны рэтранслятар, каб павялічыць адлегласць перадачы і рэалізаваць цалкам аптычную сувязь.
У сістэмах валаконна-аптычнай сувязі асноўнымі фактарамі, якія абмяжоўваюць адлегласць перадачы, з'яўляюцца страты і рассейванне аптычнага валакна. Пры выкарыстанні крыніцы святла з вузкім спектрам або працы паблізу даўжыні хвалі з нулявой дысперсіяй уплыў рассейвання валакна невялікі. Гэтай сістэме не трэба выконваць поўную рэгенерацыю сінхранізацыі сігналу (3R-рэле) на кожнай рэтрансляцыйнай станцыі. Дастаткова непасрэдна ўзмацніць аптычны сігнал з дапамогай аптычнага ўзмацняльніка (1R-рэле). Аптычныя ўзмацняльнікі могуць выкарыстоўвацца не толькі ў магістральных сістэмах міжгародняй сувязі, але і ў размеркавальных валаконна-аптычных сетках, асабліва ў сістэмах WDM, для адначасовага ўзмацнення некалькіх каналаў.
1) Ужыванне аптычных узмацняльнікаў у магістральных валаконна-аптычных сістэмах сувязі
На мал. 2 паказана схематычная дыяграма прымянення аптычнага ўзмацняльніка ў магістральнай сістэме валаконна-аптычнай сувязі. (а) на малюнку паказана, што аптычны ўзмацняльнік выкарыстоўваецца ў якасці ўзмацняльніка магутнасці перадатчыка і папярэдняга ўзмацняльніка прымача, каб нерэлейная адлегласць павялічвалася ўдвая. Напрыклад, пры выкарыстанні EDFA сістэма перадачы адлегласць 1,8 Гбіт/с павялічваецца са 120 км да 250 км або нават дасягае 400 км. На малюнку 2 (b)-(d) паказана прымяненне аптычных узмацняльнікаў у шматрэлейных сістэмах; на малюнку (b) паказана традыцыйны рэжым рэле 3R; на малюнку (c) паказана змешаны рэжым рэле рэтранслятараў 3R і аптычных узмацняльнікаў; на малюнку 2 (d) гэта цалкам аптычны рэжым рэле; у цалкам аптычнай сістэме сувязі ён не ўключае схемы сінхранізацыі і рэгенерацыі, таму ён празрысты па бітах і няма абмежаванняў на «электронныя бутэлькавыя вусы». Пакуль абсталяванне перадачы і прыёму на абодвух канцах заменена, лёгка перайсці з нізкай хуткасці на высокую, і аптычны ўзмацняльнік не трэба замяняць.
2) Ужыванне аптычнага ўзмацняльніка ў размеркавальнай сетцы аптычных валакон
Высокая выходная магутнасць аптычных узмацняльнікаў (асабліва EDFA) вельмі карысная ў шырокапалосных размеркавальных сетках (напрыклад,кабельнае тэлебачаннеСеткі). Традыцыйная сетка кабельнага тэлебачання выкарыстоўвае кааксіяльны кабель, які патрабуе ўзмацнення кожныя некалькі сотняў метраў, а радыус абслугоўвання сеткі складае каля 7 км. Валаконна-аптычная сетка кабельнага тэлебачання з выкарыстаннем аптычных узмацняльнікаў можа не толькі значна павялічыць колькасць размеркаваных карыстальнікаў, але і значна пашырыць шлях сеткі. Апошнія распрацоўкі паказалі, што распаўсюджванне валаконна-аптычнай/гібрыднай (HFC) сеткі спалучае моцныя бакі і мае высокую канкурэнтаздольнасць.
На малюнку 4 паказаны прыклад валаконна-аптычнай размеркавальнай сеткі для AM-VSB мадуляцыі 35 тэлевізійных каналаў. Крыніцай святла перадатчыка з'яўляецца DFB-LD з даўжынёй хвалі 1550 нм і выходнай магутнасцю 3,3 дБм. Пры выкарыстанні 4-ўзроўневага EDFA ў якасці размеркавальнага ўзмацняльніка магутнасці яго ўваходная магутнасць складае каля -6 дБм, а выходная магутнасць - каля 13 дБм. Адчувальнасць аптычнага прыёмніка -9,2 дБм. Пасля 4 узроўняў размеркавання агульная колькасць карыстальнікаў дасягнула 4,2 мільёна, а даўжыня сеткавага шляху перавышае дзясяткі кіламетраў. Узважанае суадносіны сігнал/шум у тэставым рэжыме перавышала 45 дБ, і EDFA не прывяла да зніжэння CSO.
Час публікацыі: 23 красавіка 2023 г.