1. OsztályozásFiberAerősítők
Az optikai erősítőknek három fő típusa van:
(1) Félvezető optikai erősítő (SOA, félvezető optikai erősítő);
(2) Ritkaföldfémekkel (erbium Er, túlium Tm, prazeodímium Pr, rubídium Nd stb.) adalékolt optikai szálerősítők, főként erbiummal adalékolt szálerősítők (EDFA), valamint túliummal adalékolt szálerősítők (TDFA) és prazeodímiummal adalékolt szálerősítők (PDFA) stb.
(3) Nemlineáris száloptikai erősítők, főként száloptikai Raman-erősítők (FRA, Fiber Raman Amplifier). Ezen optikai erősítők fő teljesítmény-összehasonlítását a táblázat mutatja.
EDFA (erbiummal adalékolt szálerősítő)
Egy többszintű lézerrendszer kialakítható kvarcszál ritkaföldfémekkel (például Nd, Er, Pr, Tm stb.) történő adalékolásával, és a bemeneti jel fényét közvetlenül erősíti a pumpáló fény hatása. Megfelelő visszacsatolás biztosítása után egy szálas lézer jön létre. Az Nd-adalékolt szálas erősítő működési hullámhossza 1060 nm és 1330 nm, fejlesztése és alkalmazása pedig korlátozott az optikai kommunikáció legjobb nyelőportjától való eltérés és egyéb okok miatt. Az EDFA és a PDFFA működési hullámhosszai az optikai szálas kommunikáció legkisebb veszteségű (1550 nm) és nulla diszperziós (1300 nm) hullámhosszának ablakában vannak, a TDFA pedig az S-sávban működik, ami nagyon alkalmas az optikai szálas kommunikációs rendszerek alkalmazásához. Különösen az EDFA, a leggyorsabban fejlődő, bizonyult praktikusnak.
APaz EDFA alapelve
Az EDFA alapszerkezetét az 1(a) ábra mutatja, amely főként egy aktív közegből (kb. több tíz méter hosszú, erbiummal adalékolt szilícium-dioxid szál, 3-5 mikron magátmérővel és (25-1000)x10-6 adalékkoncentrációval), egy pumpáló fényforrásból (990 vagy 1480 nm LD), optikai csatolóból és optikai leválasztóból áll. A jelzőfény és a pumpáló fény az erbium szálban ugyanabban az irányban (egyirányú pumpálás), ellentétes irányban (fordított pumpálás) vagy mindkét irányban (kétirányú pumpálás) terjedhet. Amikor a jelzőfényt és a pumpáló fényt egyszerre injektálják az erbium szálba, az erbiumionok a pumpáló fény hatására magas energiaszintre gerjesztődnek (1(b) ábra, egy háromszintű rendszer), és gyorsan metastabil energiaszintre bomlanak, majd 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) spektruma nagy sávszélességgel (akár 20-40 nm) és két csúccsal, amelyek 1530 nm-nek, illetve 1550 nm-nek felelnek meg.
Az EDFA fő előnyei a nagy erősítés, a nagy sávszélesség, a nagy kimeneti teljesítmény, a magas szivattyúhatásfok, az alacsony beiktatási veszteség és a polarizációs állapottal szembeni érzéketlenség.
2. Problémák a száloptikai erősítőkkel
Bár az optikai erősítőnek (különösen az EDFA-nak) számos kiemelkedő előnye van, nem ideális erősítő. A jel jel-zaj arányát csökkentő további zaj mellett további hiányosságok is vannak, például:
- Az erősítő sávszélességén belüli erősítési spektrum egyenetlensége befolyásolja a többcsatornás erősítés teljesítményét;
- Optikai erősítők kaszkádba kötésekor az ASE zaj, a szálak diszperziója és a nemlineáris effektusok felhalmozódnak.
Ezeket a problémákat figyelembe kell venni az alkalmazás és a rendszer tervezése során.
3. Optikai erősítő alkalmazása optikai szálas kommunikációs rendszerben
Az optikai szálas kommunikációs rendszerben aSzáloptikai erősítőNemcsak az adó teljesítménynövelő erősítőjeként használható az átviteli teljesítmény növelése érdekében, hanem a vevő előerősítőjeként is a vételi érzékenység javítása érdekében, és a hagyományos optikai-elektromos-optikai átjátszót is helyettesítheti, az átviteli távolság meghosszabbítása és a teljesen optikai kommunikáció megvalósítása érdekében.
Az optikai szálas kommunikációs rendszerekben az átviteli távolságot korlátozó fő tényezők az optikai szál vesztesége és diszperziója. Keskeny spektrumú fényforrás használatakor, vagy a nulla diszperziós hullámhossz közelében működve a szál diszperziójának hatása csekély. Ennél a rendszernél nem kell minden egyes reléállomáson teljes jelidőzítés-regenerációt (3R relé) végrehajtani. Elegendő az optikai jelet közvetlenül egy optikai erősítővel (1R relé) erősíteni. Az optikai erősítők nemcsak nagy távolságú trunk rendszerekben, hanem optikai szálas elosztó hálózatokban is használhatók, különösen WDM rendszerekben, több csatorna egyidejű erősítésére.
1) Optikai erősítők alkalmazása a törzskábeles optikai kommunikációs rendszerekben
A 2. ábra az optikai erősítő alkalmazásának vázlatos rajza a trunk optikai szálas kommunikációs rendszerben. (a) Az ábra azt mutatja, hogy az optikai erősítőt az adó teljesítménynövelő erősítőjeként és a vevő előerősítőjeként használják, így a nem relé távolsága megduplázódik. Például az EDFA bevezetésével a rendszer átviteli... Az 1,8 Gb/s távolság 120 km-ről 250 km-re, sőt 400 km-re is megnő. A 2. ábra (b)-(d) része az optikai erősítők alkalmazását mutatja többrelékes rendszerekben; a (b) ábra a hagyományos 3R relé üzemmódot mutatja; a (c) ábra a 3R átjátszók és optikai erősítők vegyes relé üzemmódját mutatja; a 2. ábra (d) része egy teljesen optikai relé üzemmód; egy teljesen optikai kommunikációs rendszerben nem tartalmaz időzítő és regeneráló áramköröket, így bit-transzparens, és nincs „elektronikus palackhajszál” korlátozás. Mindaddig, amíg a küldő és vevő berendezéseket mindkét végén kicserélik, könnyen frissíthető alacsony sebességről magas sebességre, és az optikai erősítőt sem kell kicserélni.
2) Optikai erősítő alkalmazása optikai szálas elosztó hálózatban
Az optikai erősítők (különösen az EDFA) nagy teljesítményű kimeneti előnyei nagyon hasznosak a szélessávú elosztóhálózatokban (mint például aKábeltévéHálózatok). A hagyományos kábeltévé-hálózat koaxiális kábelt használ, amelyet néhány száz méterenként erősíteni kell, és a hálózat szolgáltatási sugara körülbelül 7 km. Az optikai erősítőket használó optikai szálas kábeltévé-hálózat nemcsak az elosztott felhasználók számát növelheti jelentősen, hanem jelentősen bővítheti a hálózati útvonalat is. A legújabb fejlemények azt mutatják, hogy az optikai szál/hibrid (HFC) elosztása mindkettő erősségeit magával hozza, és erős versenyképességgel rendelkezik.
A 4. ábra egy optikai szálas elosztóhálózat példáját mutatja be 35 TV-csatorna AM-VSB modulációjához. Az adó fényforrása DFB-LD, amelynek hullámhossza 1550 nm, kimeneti teljesítménye 3,3 dBm. 4-szintű EDFA teljesítményelosztó erősítőként használva a bemeneti teljesítménye körülbelül -6 dBm, kimeneti teljesítménye pedig körülbelül 13 dBm. Az optikai vevő érzékenysége -9,2 dBm. 4 elosztási szint után a felhasználók teljes száma elérte a 4,2 milliót, a hálózati útvonal pedig több tíz kilométer. A teszt súlyozott jel-zaj viszonya meghaladta a 45 dB-t, és az EDFA nem okozott CSO-csökkenést.
Közzététel ideje: 2023. április 23.