1. OsztályozásaFiberAerősítők
Az optikai erősítőknek három fő típusa van:
(1) Félvezető optikai erősítő (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Ritkaföldfém elemekkel (erbium Er, thulium Tm, prazeodímium Pr, rubidium Nd stb.) adalékolt optikai szálas erősítők, főleg erbiummal adalékolt szálerősítők (EDFA), valamint a thúliummal adalékolt szálerősítők (TDFA) és a prazeodímiummal adalékolt szálerősítők (PDFA) stb.
(3) Nemlineáris szálas erősítők, főleg szálas Raman erősítők (FRA, Fiber Raman Amplifier). Ezen optikai erősítők fő teljesítmény-összehasonlítása a táblázatban látható
EDFA (Erbium Dopped Fiber Amplifier)
A kvarcszál ritkaföldfém elemekkel (például Nd, Er, Pr, Tm stb.) történő adalékolásával többszintű lézerrendszer alakítható ki, és a bemeneti jelfény közvetlenül a szivattyú fényének hatására erősödik. A megfelelő visszacsatolás után szálas lézer képződik. Az Nd-adalékolt szálas erősítő működési hullámhossza 1060 nm és 1330 nm, fejlesztése és alkalmazása korlátozott az optikai kommunikáció legjobb nyelőportjától való eltérés és egyéb okok miatt. Az EDFA és a PDFA működési hullámhossza az optikai szálas kommunikáció legkisebb veszteségű (1550 nm) és nulla diszperziós hullámhosszának (1300 nm) ablakában van, a TDFA pedig az S-sávban működik, amelyek nagyon alkalmasak optikai szálas kommunikációs rendszerekre. . Különösen az EDFA, a leggyorsabb fejlesztés volt gyakorlatias.
APaz EDFA alapelve
Az 1(a) ábrán látható az EDFA alapszerkezete, amely főként aktív közegből áll (körülbelül több tíz méter hosszú, erbiummal adalékolt szilícium-dioxid szál, amelynek magátmérője 3-5 mikron, adalékkoncentrációja (25) -1000)x10-6), pumpás fényforrás (990 vagy 1480nm LD), optikai csatoló és optikai leválasztó. A jelzőfény és a szivattyú fénye terjedhet ugyanabban az irányban (egyirányú szivattyúzás), ellentétes irányban (fordított szivattyúzás) vagy mindkét irányban (kétirányú szivattyúzás) az erbiumszálban. Ha a jelzőfényt és a szivattyú fényét egyidejűleg fecskendezik be az erbiumszálba, az erbium ionok a pumpa fénye hatására magas energiaszintre gerjesztődnek (1(b) ábra, háromszintű rendszer), és gyorsan lecsökken a metastabil energiaszintre, amikor a beeső jelzőfény hatására visszatér az alapállapotba, a jelzőfénynek megfelelő fotonokat bocsát ki, így a jel felerősödik. Az 1(c) ábra az erősített spontán emissziós (ASE) spektrumot mutatja nagy sávszélességgel (20-40 nm-ig), és két csúcsa 1530 nm-nek, illetve 1550 nm-nek felel meg.
Az EDFA fő előnyei a nagy nyereség, a nagy sávszélesség, a nagy kimeneti teljesítmény, a nagy szivattyú hatásfok, az alacsony beillesztési veszteség és a polarizációs állapotra való érzéketlenség.
2. Problémák a száloptikai erősítőknél
Bár az optikai erősítő (főleg az EDFA) számos kiemelkedő előnnyel rendelkezik, nem ideális erősítő. A jel SNR-jét csökkentő járulékos zajon kívül van néhány egyéb hiányosság is, például:
- Az erősítési spektrum egyenetlensége az erősítő sávszélességén belül befolyásolja a többcsatornás erősítési teljesítményt;
- Ha az optikai erősítőket kaszkádba kapcsolják, az ASE zaj, a száldiszperzió és a nemlineáris hatások felhalmozódnak.
Ezeket a kérdéseket figyelembe kell venni az alkalmazás és a rendszer tervezésénél.
3. Optikai erősítő alkalmazása optikai szálas kommunikációs rendszerben
Az optikai szálas kommunikációs rendszerben aSzáloptikai erősítőnem csak az adó teljesítménynövelő erősítőjeként használható az adási teljesítmény növelésére, hanem a vevő előerősítőjeként is használható a vételi érzékenység javítására, és helyettesítheti a hagyományos optikai-elektromos-optikai átjátszót is, az átvitel kiterjesztésére távolság és teljes optikai kommunikáció megvalósítása.
Az optikai szálas kommunikációs rendszerekben az átviteli távolságot korlátozó fő tényezők az optikai szál vesztesége és szórása. Szűk spektrumú fényforrást használva, vagy a nulla diszperziós hullámhossz közelében dolgozva a száldiszperzió hatása kicsi. Ennek a rendszernek nem kell teljes jelidőzítés-regenerálást (3R relé) végrehajtania minden reléállomáson. Elegendő az optikai jelet közvetlenül egy optikai erősítővel (1R relé) erősíteni. Az optikai erősítők nem csak nagy távolságú trönkrendszerekben, hanem optikai szálas elosztó hálózatokban is használhatók, különösen a WDM rendszerekben, több csatorna egyidejű erősítésére.
1) Optikai erősítők alkalmazása trönk optikai szálas kommunikációs rendszerekben
A 2. ábra az optikai erősítő trönk optikai szálas kommunikációs rendszerben való alkalmazásának vázlatos diagramja. (a) a képen látható, hogy az optikai erősítőt az adó teljesítményfokozó erősítőjeként és a vevő előerősítőjeként használják, így a nem relé távolság megkétszereződik. Például az EDFA, a rendszerátvitel elfogadása Az 1,8 Gb/s távolság 120 km-ről 250 km-re növekszik, sőt eléri a 400 km-t is. A 2. (b)-(d) ábra az optikai erősítők alkalmazását mutatja be többrelékes rendszerekben; (b) ábra a hagyományos 3R relé üzemmód; A (c) ábra a 3R átjátszók és optikai erősítők vegyes relé üzemmódja; 2. ábra (d) Ez egy teljesen optikai relé üzemmód; egy teljesen optikai kommunikációs rendszerben nem tartalmaz időzítő és regeneráló áramköröket, így bit-transzparens, és nincs „elektronikus palackbajusz” korlátozás. Mindaddig, amíg a küldő és fogadó berendezés mindkét végén ki van cserélve, könnyen frissíthető az alacsony sebességről a magasra, és az optikai erősítőt nem kell cserélni.
2) Optikai erősítő alkalmazása optikai szálas elosztó hálózatban
Az optikai erősítők (különösen az EDFA) nagy teljesítményű előnyei nagyon hasznosak a szélessávú elosztó hálózatokban (pl.CATVhálózatok). A hagyományos CATV hálózat koaxiális kábelt alkalmaz, amelyet több száz méterenként kell erősíteni, és a hálózat szolgáltatási sugara körülbelül 7 km. Az optikai erősítőket használó optikai kábeles kábeltelevíziós hálózat nemcsak nagymértékben növelheti az elosztott felhasználók számát, hanem nagymértékben bővítheti a hálózati utat is. A közelmúltbeli fejlemények azt mutatják, hogy az optikai szál/hibrid (HFC) forgalmazása mindkettő erősségeit meríti, és erős versenyképességgel rendelkezik.
A 4. ábra egy optikai szálas elosztó hálózat példája 35 TV-csatorna AM-VSB modulációjához. Az adó fényforrása DFB-LD, hullámhossza 1550 nm, kimeneti teljesítménye 3,3 dBm. A 4-szintű EDFA-t teljesítményelosztó erősítőként használva a bemeneti teljesítménye körülbelül -6 dBm, a kimeneti teljesítménye pedig körülbelül 13 dBm. Az optikai vevő érzékenysége -9,2d Bm. 4 terjesztési szint után a felhasználók teljes száma elérte a 4,2 milliót, a hálózati út több mint tíz kilométer. A teszt súlyozott jel-zaj aránya nagyobb volt, mint 45 dB, és az EDFA nem okozott csökkenést a CSO-ban.
Feladás időpontja: 2023.04.23