1. КласіфікацыяFiberAўзмацняльнікі
Існуе тры асноўных тыпу 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 інш.), галоўным чынам валакна, легаваныя эрбіем (ЭДФА), а таксама валаконныя ўзмацняльнікі з даданнем тулію (TDFA) і валаконныя ўзмацняльнікі з празеадымам (PDFA) і інш.
(3) Нелінейныя валаконныя ўзмацняльнікі, у асноўным валаконныя камбінацыйныя ўзмацняльнікі (FRA, валаконны камбінацыйны ўзмацняльнік).Асноўнае параўнанне характарыстык гэтых аптычных узмацняльнікаў паказана ў табліцы
EDFA (валаконны ўзмацняльнік, легаваны эрбіем)
Шматузроўневая лазерная сістэма можа быць створана шляхам легіравання кварцавага валакна рэдказямельнымі элементамі (напрыклад, Nd, Er, Pr, Tm і г.д.), і святло ўваходнага сігналу 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 валаконна-аптычнай сувязі і іншых прычын.Працоўныя даўжыні хваль EDFA і PDFA знаходзяцца адпаведна ў акне з найменшымі стратамі (1550 нм) і даўжынёй хвалі з нулявой дысперсіяй (1300 нм) аптычна-валаконнай сувязі, а TDFA працуе ў S-дыяпазоне, што вельмі падыходзіць для прымянення валаконна-аптычнай сістэмы сувязі. .Асабліва EDFA, самая хуткая распрацоўка, была практычнай.
ThePпрынцып EDFA
Асноўная структура EDFA паказана на малюнку 1(a), якая ў асноўным складаецца з актыўнага асяроддзя (валакно з дыяксіду крэмнія, легаванае эрбіем, даўжынёй каля дзесяткаў метраў, з дыяметрам стрыжня 3-5 мікрон і канцэнтрацыяй допінгу (25 -1000)x10-6), крыніца святла накачкі (990 або 1480 нм LD), аптычная развязка і аптычны ізалятар.Святло сігналу і святло накачкі могуць распаўсюджвацца ў адным кірунку (сунакіраваная накачка), супрацьлеглых напрамках (зваротная накачка) або ў абодвух кірунках (двунакіраваная накачка) у эрбіевым валакне.Калі сігнальнае святло і святло накачкі адначасова ўводзяць у эрбіевае валакно, іёны эрбія ўзбуджаюцца да высокага ўзроўню энергіі пад дзеяннем святла накачкі (малюнак 1 (b), трохузроўневая сістэма), і хутка распадаецца да метастабільнага энергетычнага ўзроўню, калі ён вяртаецца ў асноўны стан пад дзеяннем падаючага сігнальнага святла, ён выпраменьвае фатоны, адпаведныя сігнальнаму святлу, так што сігнал узмацняецца.Малюнак 1 (c) - гэта яго спектр узмоцненага спантанага выпраменьвання (ASE) з шырокай 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 выхадная магутнасць, высокая эфектыўнасць накачкі, нізкія ўносяцца страты і неадчувальнасць да стану палярызацыі.
2. Праблемы з валаконна-аптычнымі ўзмацняльнікамі
Хоць аптычны ўзмацняльнік (асабліва EDFA) мае шмат выдатных пераваг, ён не з'яўляецца ідэальным узмацняльнікам.Акрамя дадатковага шуму, які зніжае SNR сігналу, ёсць некаторыя іншыя недахопы, такія як:
- Нераўнамернасць спектру ўзмацнення ў прапускной здольнасці ўзмацняльніка ўплывае на прадукцыйнасць шматканальнага ўзмацнення;
- Калі аптычныя ўзмацняльнікі каскадныя, эфекты шуму ASE, дысперсія валакна і нелінейныя эфекты будуць назапашвацца.
Гэтыя праблемы неабходна ўлічваць пры распрацоўцы прыкладання і сістэмы.
3. Прымяненне аптычнага ўзмацняльніка ў валаконна-аптычнай сістэме сувязі
У валаконна-аптычнай сістэме сувязіВалаконна-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 пашырыць перадачу адлегласць і рэалізаваць цалкам аптычную сувязь.
У валаконна-аптычных сістэмах сувязі асноўнымі фактарамі, якія абмяжоўваюць адлегласць перадачы, з'яўляюцца страты і дысперсія ў аптычным валакне.Пры выкарыстанні крыніцы святла з вузкім спектрам або працы з даўжынёй хвалі з нулявой дысперсіяй уплыў дысперсіі валакна невялікі.Гэтай сістэме не трэба выконваць поўную рэгенерацыю сігналу (рэле 3R) на кожнай рэтрансляцыйнай станцыі.Дастаткова непасрэдна ўзмацніць аптычны сігнал з дапамогай аптычнага ўзмацняльніка (рэле 1R).Аптычныя ўзмацняльнікі могуць выкарыстоўвацца не толькі ў міжгародніх магістральных сістэмах, але і ў валаконна-аптычных размеркавальных сетках, асабліва ў сістэмах WDM, для адначасовага ўзмацнення некалькіх каналаў.
1) Прымяненне аптычных узмацняльнікаў у магістральных валаконна-аптычных сістэмах сувязі
На мал. 2 прадстаўлена прынцыповая схема прымянення аптычнага ўзмацняльніка ў магістральнай валаконна-аптычнай сістэме сувязі.(а) малюнак паказвае, што аптычны ўзмацняльнік выкарыстоўваецца ў якасці ўзмацняльніка павышэння магутнасці перадатчыка і папярэдняга ўзмацняльніка прымача, так што адлегласць без рэле павялічваецца ўдвая.Напрыклад, прыняцце EDFA, сістэмы перадачы адлегласць 1,8 Гбіт/с павялічваецца са 120 км да 250 км ці нават дасягае 400 км.Малюнак 2 (b)-(d) - прымяненне аптычных узмацняльнікаў у шматрэлейных сістэмах;Малюнак (b) - традыцыйны рэжым рэле 3R;Малюнак (c) - рэжым змешанага рэтранслявання рэтранслятараў 3R і аптычных узмацняльнікаў;Малюнак 2 (d) Гэта цалкам аптычны рэжым рэле;у цалкам аптычнай сістэме сувязі ён не ўключае схемы сінхранізацыі і рэгенерацыі, таму ён бітава-празрысты, і няма абмежаванняў на «вусы электроннай бутэлькі».Пакуль абсталяванне для адпраўкі і прыёму на абодвух канцах заменена, можна лёгка перайсці з нізкай хуткасці на высокую, і аптычны ўзмацняльнік не трэба замяняць.
2) Прымяненне аптычнага ўзмацняльніка ў валаконна-аптычнай размеркавальнай сетцы
Высокая выхадная магутнасць аптычных узмацняльнікаў (асабліва EDFA) вельмі карысная ў шырокапалосных размеркавальных сетках (напрыклад,кабельнае тэлебачаннесеткі).Традыцыйная сетка кабельнага тэлебачання выкарыстоўвае кааксіяльны кабель, які трэба ўзмацняць кожныя некалькі сотняў метраў, а радыус абслугоўвання сеткі складае каля 7 км.Аптычна-валаконная сетка CATV з выкарыстаннем аптычных узмацняльнікаў можа не толькі значна павялічыць колькасць размеркаваных карыстальнікаў, але і значна пашырыць сеткавы шлях.Апошнія падзеі паказалі, што распаўсюджванне аптычнага валакна/гібрыда (HFC) прыцягвае моцныя бакі абодвух і мае моцную канкурэнтаздольнасць.
Малюнак 4 - прыклад валаконна-аптычнай размеркавальнай сеткі для мадуляцыі AM-VSB 35 тэлеканалаў.Крыніцай святла перадатчыка з'яўляецца DFB-LD з даўжынёй хвалі 1550 нм і выхадны магутнасцю 3,3 дБм.Пры выкарыстанні 4-узроўневага EDFA ў якасці ўзмацняльніка размеркавання магутнасці яго ўваходная магутнасць складае каля -6 дБм, а выхадная магутнасць - каля 13 дБм.Адчувальнасць аптычнага прымача -9,2d Bm.Пасля 4 узроўняў размеркавання агульная колькасць карыстальнікаў дасягнула 4,2 мільёна, а сеткавы шлях складае больш за дзясяткі кіламетраў.Узважанае стаўленне сігнал/шум падчас тэсту было больш за 45 дБ, і EDFA не выклікала зніжэння CSO.
Час публікацыі: 23 красавіка 2023 г