1. Klassificering afFiberAforstærkere
Der er tre hovedtyper af optiske forstærkere:
(1) Halvleder optisk forstærker (SOA, halvleder optisk forstærker);
(2) Optiske fiberforstærkere doteret med sjældne jordarters elementer (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd osv.), hovedsageligt erbium-dopede fiberforstærkere (EDFA), samt thulium-dopede fiberforstærkere (TDFA) og praseodym-dopede fiberforstærkere (PDFA) mv.
(3) Ikke-lineære fiberforstærkere, hovedsageligt fiber Raman forstærkere (FRA, Fiber Raman Amplifier).Den vigtigste ydelsessammenligning af disse optiske forstærkere er vist i tabellen
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
Et lasersystem med flere niveauer kan dannes ved at dope kvartsfiberen med sjældne jordarters elementer (såsom Nd, Er, Pr, Tm osv.), og indgangssignallyset forstærkes direkte under påvirkning af pumpelyset.Efter at have givet passende feedback, dannes en fiberlaser.Arbejdsbølgelængden af den Nd-doterede fiberforstærker er 1060nm og 1330nm, og dens udvikling og anvendelse er begrænset på grund af afvigelse fra den bedste synkeport for fiberoptisk kommunikation og andre årsager.Driftsbølgelængderne for EDFA og PDFA er henholdsvis i vinduet med det laveste tab (1550nm) og nulspredningsbølgelængde (1300nm) af optisk fiberkommunikation, og TDFA opererer i S-båndet, som er meget velegnet til optiske fiberkommunikationssystemapplikationer .Især EDFA, den hurtigste udvikling, har været praktisk.
DetPprincippet om EDFA
Grundstrukturen af EDFA er vist i figur 1(a), som hovedsageligt er sammensat af et aktivt medium (erbium-doteret silicafiber omkring ti meter lang, med en kernediameter på 3-5 mikron og en dopingkoncentration på (25) -1000)x10-6), pumpelyskilde (990 eller 1480nm LD), optisk kobler og optisk isolator.Signallys og pumpelys kan forplante sig i samme retning (samretningspumpning), modsatte retninger (omvendt pumpning) eller begge retninger (tovejspumpning) i erbiumfiberen.Når signallyset og pumpelyset sprøjtes ind i erbiumfiberen på samme tid, exciteres erbiumionerne til et højt energiniveau under påvirkning af pumpelyset (Figur 1 (b), et tre-niveau system), og hurtigt henfalde til det metastabile energiniveau, når det vender tilbage til grundtilstanden under påvirkning af det indfaldende signallys, udsender det fotoner svarende til signallyset, så signalet forstærkes.Figur 1 (c) er dets amplificerede spontane emission (ASE) spektrum 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 indføringstab 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 multi-kanals forstærkningsydelse;
- Når optiske forstærkere kaskadekobles, vil effekterne af ASE-støj, fiberspredning og ikke-lineære effekter akkumuleres.
Disse spørgsmål skal overvejes i applikations- og systemdesign.
3. Anvendelse af optisk forstærker i optisk fiberkommunikationssystem
I det optiske fiberkommunikationssystem erFiberoptisk forstærkerkan ikke kun bruges som en effektforstærker for senderen for at øge sendeeffekten, men også som en forforstærker af modtageren for at forbedre modtagefølsomheden og kan også erstatte den traditionelle optisk-elektrisk-optiske repeater for at udvide transmissionen afstand og realisere al-optisk kommunikation.
I optiske fiberkommunikationssystemer er de vigtigste faktorer, der begrænser transmissionsafstanden, tabet og spredningen af den optiske fiber.Ved at bruge en smalspektret lyskilde eller arbejde i nærheden af nuldispersionsbølgelængden er påvirkningen af fiberspredning lille.Dette system behøver ikke at udføre fuldstændig signaltidsregenerering (3R-relæ) ved hver relæstation.Det er tilstrækkeligt at forstærke det optiske signal direkte med en optisk forstærker (1R relæ).Optiske forstærkere kan bruges ikke kun 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
Fig. 2 er et skematisk diagram af anvendelsen af den optiske forstærker i det optiske trunk-fiberkommunikationssystem.(a) billedet viser, at den optiske forstærker bruges som effektforstærker for senderen og modtagerens forforstærker, således at afstanden uden relæ fordobles.For eksempel ved at vedtage EDFA, systemtransmissionen 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-relæsystemer;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 helt optisk relætilstand;i et helt optisk kommunikationssystem inkluderer det ikke timing- og regenereringskredsløb, så det er bit-transparent, og der er ingen "elektronisk flaske whisker"-begrænsning.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 skal ikke udskiftes.
2) Anvendelse af optisk forstærker i optisk fiberdistributionsnetværk
De høje effektudgangsfordele ved optiske forstærkere (især EDFA) er meget nyttige i bredbåndsdistributionsnetværk (som f.eks.CATVnetværk).Det traditionelle CATV-netværk anvender koaksialkabel, som skal forstærkes hver flere hundrede meter, og netværkets serviceradius er omkring 7 km.Det optiske fiber CATV-netværk ved hjælp af optiske forstærkere kan ikke kun øge antallet af distribuerede brugere markant, men også udvide netværksstien i høj grad.Den seneste udvikling har vist, at distributionen af optisk fiber/hybrid (HFC) trækker begges styrker og har en 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 1550nm og udgangseffekt på 3,3dBm.Ved at bruge 4-niveau EDFA som en effektfordelingsforstærker er dens indgangseffekt omkring -6dBm, og dens udgangseffekt er omkring 13dBm.Optisk modtagerfølsomhed -9,2d Bm.Efter 4 distributionsniveauer er det samlede antal brugere nået op på 4,2 millioner, og netværksstien er mere end snesevis af kilometer.Testens vægtede signal-til-støj-forhold var større end 45dB, og EDFA forårsagede ikke en reduktion i CSO.
Indlægstid: 23-apr-2023