1. klassificering afFiberAMplifiers
Der er tre hovedtyper af optiske forstærkere:
(1) halvlederoptisk forstærker (SOA, halvlederoptisk forstærker);
(2) Optiske fiberforstærkere dopet med sjældne jordelementer (Erbium ER, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium ND osv.), Hovedsageligt erbium-dopede fiberforstærkere (EDFA), såvel som thulium-dopede fiberforstærkere (TDFA) og praseodymium-dopede fiberforstærkere (PDFA) osv.
(3) Ikke -lineære fiberforstærkere, hovedsageligt fiber Raman -forstærkere (FRA, Fiber Raman -forstærker). Den vigtigste præstationssammenligning af disse optiske forstærkere er vist i tabellen
EDFA (Erbium dopet fiberforstærker)
Et lasersystem på flere niveauer kan dannes ved at dope kvartsfiberen med sjældne jordelementer (såsom ND, ER, PR, TM osv.), Og indgangssignallyset forstærkes direkte under pumpelysets virkning. Efter at have leveret passende feedback dannes en fiberlaser. Arbejdsbølgelængden af den ND-dopede fiberforstærker er 1060nm og 1330nm, og dens udvikling og anvendelse er begrænset på grund af afvigelse fra den bedste håndvaskport med fiberoptisk kommunikation og andre grunde. Driftsbølgelængderne for EDFA og PDFA er henholdsvis i vinduet med det laveste tab (1550NM) og nul spredningsbølgelængde (1300NM) af optisk fiberkommunikation, og TDFA fungerer i S-båndet, som er meget egnede til optiske fiberkommunikationssystemapplikationer. Især EDFA, den hurtigste udvikling, har været praktisk.
DePRinciple af Edfa
Den grundlæggende struktur af EDFA er vist i figur 1 (a), som hovedsageligt er sammensat af et aktivt medium (Erbium-dopet silicafiber omkring titusinder lang, med en kernediameter på 3-5 mikron og en dopingkoncentration af (25-1000) x10-6), pumpe lyskilde (990 eller 1480nm ld), optisk cou-pleder og optisk isolator. Signallys og pumpelys kan forplantes i samme retning (codirectional pumping), modsatte retninger (omvendt pumpe) eller begge retninger (tovejspumpning) i Erbium -fiberen. Når signallyset og pumpelyset injiceres i Erbium-fiberen på samme tid, er Erbium-ionerne glade for et højt energiniveau under virkningen af pumpelyset (figur 1 (b), et tre-niveau-system) og hurtigt henfalder til det metastable energiniveau, når det vender tilbage til jordtilstanden under handlingen af hændelsessignallyset, det udsender fotoner, der svarer til signallyset, så at signalet er amplificeret. Figur 1 (c) er dens amplificerede spontane emission (ASE) -spektret med en stor båndbredde (op til 20-40nm) og to toppe svarende til henholdsvis 1530nm og 1550nm.
De vigtigste fordele ved EDFA er høj gevinst, stor båndbredde, høj udgangseffekt, høj pumpeffektivitet, tab af lavt indsættelses- og ufølsomhed over for polariseringstilstand.
2. Problemer med optiske fiberforstærkere
Selvom den optiske forstærker (især EDFA) har mange fremragende fordele, er det ikke en ideel forstærker. Ud over den ekstra støj, der reducerer signalets SNR, er der nogle andre mangler, såsom:
- ujævnhed af gevinstspektret inden for forstærkerbåndbredden påvirker multikanalsforstærkningens ydelse;
- Når optiske forstærkere er kaskaderede, samles virkningerne af ASE -støj, fiberdispersion og ikke -lineære effekter.
Disse problemer skal overvejes i anvendelse og systemdesign.
3. Anvendelse af optisk forstærker i optisk fiberkommunikationssystem
I det optiske fiberkommunikationssystem,Fiberoptisk forstærkerKan bruges ikke kun som en strømforstærker af senderen for at øge transmissionseffekten, men også som en forforstærker for modtageren for at forbedre den modtagende følsomhed og kan også erstatte den traditionelle optiske-elektriske-optiske repeater, for at udvide transmissionsafstanden og realisere alt-optisk kommunikation.
I optiske fiberkommunikationssystemer er de vigtigste faktorer, der begrænser transmissionsafstanden, tabet og spredningen af den optiske fiber. Ved hjælp af en smalspektret lyskilde eller arbejde i nærheden af nul-spredningsbølgelængden er påvirkningen af fiberdispersion lille. Dette system behøver ikke at udføre komplet regenerering af signaltiming (3R relæ) på hver relæstation. Det er tilstrækkeligt at direkte forstærke det optiske signal med en optisk forstærker (1R relæ). Optiske forstærkere kan ikke kun bruges i langdistance bagagerum, men også i optiske fiberfordelingsnetværk, især i WDM-systemer, til at forstærke flere kanaler samtidig.
1) Anvendelse af optiske forstærkere i bagagerums optiske fiberkommunikationssystemer
Fig. 2 er et skematisk diagram over anvendelsen af den optiske forstærker i bagagerummet optisk fiberkommunikationssystem. (a) Billedet viser, at den optiske forstærker bruges som strømforstærker for senderen og forforstærkeren af modtageren, så den ikke-reling-afstand er fordoblet. For eksempel vedtagelse af EDFA, systemoverførslen Afstand på 1,8 GB/s stiger fra 120 km til 250 km eller når endda 400 km. Figur 2 (b)-(d) er anvendelsen af optiske forstærkere i multi-relæ-systemer; Figur (b) er den traditionelle 3R -stafetilstand; Figur (c) er den blandede relætilstand for 3R -repeatere og optiske forstærkere; Figur 2 (d) Det er en altoptisk relætilstand; I et alt-optisk kommunikationssystem inkluderer det ikke timing- og regenereringskredsløb, så det er bit-gennemsigtige, og der er ingen "elektronisk flaske whisker" -begrænsning. Så længe afsendelse og modtagelsesudstyr i begge ender udskiftes, er det let at opgradere fra en lav hastighed til en høj hastighed, og den optiske forstærker behøver ikke at udskiftes.
2) Anvendelse af optisk forstærker i optisk fiberdistributionsnetværk
De høje effektudgangsfordele ved optiske forstærkere (især EDFA) er meget nyttige i bredbåndsfordelingsnetværk (f.eks.CatvNetværk). Det traditionelle CATV -netværk vedtager koaksialkabel, der skal forstærkes hver hundrede meter, og netværkets servicradius er ca. 7 km. Det optiske fiber -CATV -netværk ved hjælp af optiske forstærkere kan ikke kun øge antallet af distribuerede brugere i høj grad, men udvider også netværksstien i høj grad. Den seneste udvikling har vist, at fordelingen af optisk fiber/hybrid (HFC) trækker begge styrker og har stærk konkurrenceevne.
Figur 4 er et eksempel på et optisk fiberdistributionsnetværk til AM-VSB-modulering af 35 tv-kanaler. Lyskilden til senderen er DFB-LD med en bølgelængde på 1550Nm og udgangseffekt på 3,3 dBm. Ved hjælp af 4 -niveau EDFA som en strømfordelingsforstærker er dens indgangseffekt ca. -6dbm, og dens udgangseffekt er ca. 13 dBm. Optisk modtagerfølsomhed -9.2d BM. Efter 4 niveauer af distribution har det samlede antal brugere nået 4,2 millioner, og netværksstien er mere end titusinder af kilometer. Det vægtede signal-til-støjforhold for testen var større end 45dB, og EDFA forårsagede ikke en reduktion i CSO.
Posttid: Apr-23-2023