1. Klassificering afFiberAforstærkere
Der er tre hovedtyper af optiske forstærkere:
(1) Halvlederoptisk forstærker (SOA, halvlederoptisk forstærker);
(2) Optiske fiberforstærkere doteret med sjældne jordarter (erbium Er, thulium Tm, praseodym Pr, rubidium Nd osv.), primært erbiumdopede fiberforstærkere (EDFA), samt thuliumdopede fiberforstærkere (TDFA) og praseodymdopede fiberforstærkere (PDFA) osv.
(3) Ikke-lineære fiberforstærkere, primært fiber-Raman-forstærkere (FRA, Fiber Raman Amplifier). Den primære ydeevnesammenligning af disse optiske forstærkere er vist i tabellen.
EDFA (Erbiumdoteret fiberforstærker)
Et flerniveaulasersystem kan dannes ved at dope kvartsfiberen med sjældne jordarter (såsom Nd, Er, Pr, Tm osv.), og indgangssignallyset forstærkes direkte under påvirkning af pumpelyset. Efter at have givet passende feedback dannes en fiberlaser. Arbejdsbølgelængden for den Nd-dopede fiberforstærker er 1060 nm og 1330 nm, og dens udvikling og anvendelse er begrænset på grund af afvigelse fra den bedste sink-port for fiberoptisk kommunikation og andre årsager. Driftsbølgelængderne for EDFA og PDFA ligger henholdsvis i vinduet med det laveste tab (1550 nm) og nul dispersionsbølgelængde (1300 nm) for optisk fiberkommunikation, og TDFA opererer i S-båndet, hvilket er meget velegnet til applikationer med optiske fiberkommunikationssystemer. Især EDFA, den hurtigste udvikling, har været praktisk.
DePPrincippet for EDFA
Den grundlæggende struktur af EDFA er vist i figur 1(a), som hovedsageligt består af et aktivt medium (erbium-doteret silicafiber på omkring ti meter, med en kernediameter på 3-5 mikron og en doteringskoncentration på (25-1000)x10-6), pumpelyskilde (990 eller 1480 nm LD), optisk kobler og optisk isolator. Signallys og pumpelys kan udbrede sig i samme retning (kodirektionel pumpning), modsatte retninger (omvendt pumpning) eller begge retninger (todirektionel pumpning) i erbiumfiberen. Når signallyset og pumpelyset injiceres i erbiumfiberen på samme tid, exciteres erbiumionerne til et højt energiniveau under påvirkning af pumpelyset (figur 1(b), et tre-niveau system) og henfalder hurtigt til det metastabile energiniveau. Når det vender tilbage til grundtilstanden under påvirkning af det indfaldende signallys, udsender det fotoner svarende til signallyset, således at signalet forstærkes. Figur 1 (c) er dets forstærkede spontane emissionsspektrum (ASE) med en stor båndbredde (op til 20-40 nm) og to toppe svarende til henholdsvis 1530 nm og 1550 nm.
De vigtigste fordele ved EDFA er høj forstærkning, stor båndbredde, høj udgangseffekt, høj pumpeeffektivitet, lavt indsættelsestab og ufølsomhed over for polarisationstilstand.
2. Problemer med fiberoptiske forstærkere
Selvom den optiske forstærker (især EDFA) har mange enestående fordele, er den ikke en ideel forstærker. Ud over den ekstra støj, der reducerer signalets SNR, er der nogle andre mangler, såsom:
- Ujævnheder i forstærkningsspektret inden for forstærkerens båndbredde påvirker flerkanalsforstærkningens ydeevne;
- Når optiske forstærkere kaskaderes, vil effekterne af ASE-støj, fiberdispersion og ikke-lineære effekter akkumuleres.
Disse problemstillinger skal tages i betragtning i applikations- og systemdesign.
3. Anvendelse af optisk forstærker i optisk fiberkommunikationssystem
I det optiske fiberkommunikationssystem, denFiberoptisk forstærkerkan ikke kun bruges som en effektforstærker for senderen for at øge sendeeffekten, men også som en forforstærker for modtageren for at forbedre modtagefølsomheden og kan også erstatte den traditionelle optisk-elektrisk-optiske repeater for at forlænge transmissionsafstanden og realisere fuld optisk kommunikation.
I optiske fiberkommunikationssystemer er de vigtigste faktorer, der begrænser transmissionsafstanden, tabet og spredningen af den optiske fiber. Ved brug af en smalspektret lyskilde eller ved arbejde nær nul-dispersionsbølgelængden er indflydelsen af fiberspredning lille. Dette system behøver ikke at udføre fuldstændig signaltiming-regenerering (3R-relæ) ved hver relæstation. Det er tilstrækkeligt at forstærke det optiske signal direkte med en optisk forstærker (1R-relæ). Optiske forstærkere kan ikke kun bruges i langdistance-trunksystemer, men også i optiske fiberdistributionsnetværk, især i WDM-systemer, til at forstærke flere kanaler samtidigt.
1) Anvendelse af optiske forstærkere i trunk optiske fiberkommunikationssystemer
Figur 2 er et skematisk diagram over anvendelsen af den optiske forstærker i det optiske fiberoptiske kommunikationssystem. (a) Billedet viser, at den optiske forstærker bruges som senderens effektforstærker og modtagerens forforstærker, således at afstanden uden relæer fordobles. For eksempel, ved at anvende EDFA, systemets transmission En afstand på 1,8 Gb/s øges fra 120 km til 250 km eller når endda 400 km. Figur 2 (b)-(d) viser anvendelsen af optiske forstærkere i multirelæsystemer; figur (b) er den traditionelle 3R-relætilstand; figur (c) er den blandede relætilstand for 3R-repeatere og optiske forstærkere; figur 2 (d) Det er en fuldt optisk relætilstand; i et fuldt optisk kommunikationssystem inkluderer den ikke timing- og regenereringskredsløb, så den er bittransparent, og der er ingen begrænsning af "elektronisk flaskehår". Så længe sende- og modtageudstyret i begge ender udskiftes, er det nemt at opgradere fra en lav hastighed til en høj hastighed, og den optiske forstærker behøver ikke at blive udskiftet.
2) Anvendelse af optisk forstærker i optisk fiberdistributionsnetværk
Fordelene ved optiske forstærkere (især EDFA) med høj effekt er meget nyttige i bredbåndsdistributionsnetværk (såsomCATVNetværk). Det traditionelle CATV-netværk anvender koaksialkabel, som skal forstærkes hver par hundrede meter, og netværkets serviceradius er omkring 7 km. Det optiske fiber-CATV-netværk, der bruger optiske forstærkere, kan ikke kun øge antallet af distribuerede brugere betydeligt, men også udvide netværksruten betydeligt. Nylige udviklinger har vist, at distributionen af optisk fiber/hybrid (HFC) trækker på begges styrker og har stærk konkurrenceevne.
Figur 4 er et eksempel på et optisk fiberdistributionsnetværk til AM-VSB-modulation af 35 tv-kanaler. Senderens lyskilde er DFB-LD med en bølgelængde på 1550 nm og en udgangseffekt på 3,3 dBm. Ved brug af 4-niveau EDFA som effektfordelingsforstærker er dens indgangseffekt omkring -6 dBm, og dens udgangseffekt er omkring 13 dBm. Den optiske modtagerfølsomhed er -9,2 d Bm. Efter 4 distributionsniveauer har det samlede antal brugere nået 4,2 millioner, og netværksstrækningen er mere end ti kilometer. Det vægtede signal-støjforhold i testen var større end 45 dB, og EDFA forårsagede ikke en reduktion i CSO.
Opslagstidspunkt: 23. april 2023