1. Класификација наFиберAзасилувачи
Постојат три главни типа на оптички засилувачи:
(1) Полупроводнички оптички засилувач (SOA, Полупроводнички оптички засилувач);
(2) Оптички влакна засилувачи допирани со ретки земни елементи (ербиум Er, тулиум Tm, празеодиум Pr, рубидиум Nd, итн.), главно влакна засилувачи допирани со ербиум (ЕДФА), како и влакнести засилувачи допирани со тулиум (TDFA) и влакнести засилувачи допирани со празеодиум (PDFA), итн.
(3) Нелинеарни фибер засилувачи, главно фибер Раман засилувачи (FRA, Fiber Raman Amplifier). Главната споредба на перформансите на овие оптички засилувачи е прикажана во табелата.
EDFA (засилувач со влакна допиран со ербиум)
Повеќеслоен ласерски систем може да се формира со допирање на кварцните влакна со ретки земни елементи (како што се Nd, Er, Pr, Tm итн.), а влезната сигнална светлина директно се засилува под дејство на пумпата. По обезбедувањето на соодветна повратна информација, се формира фибер ласер. Работната бранова должина на Nd-допираниот фибер засилувач е 1060nm и 1330nm, а неговиот развој и примена се ограничени поради отстапување од најдобриот понорен порт на оптичка комуникација и други причини. Работните бранови должини на EDFA и PDFA се соодветно во прозорецот со најниска загуба (1550nm) и бранова должина со нулта дисперзија (1300nm) на оптичката комуникација, а TDFA работи во S-опсегот, што е многу погодно за апликации на оптички комуникациски системи. Особено EDFA, најбрзиот развој, е практичен.
НаPпринципот на EDFA
Основната структура на EDFA е прикажана на Слика 1(a), која е главно составена од активна средина (силициумско влакно допирано со ербиум, долго околу десетици метри, со дијаметар на јадрото од 3-5 микрони и концентрација на допир од (25-1000)x10-6), извор на светлина од пумпа (990 или 1480nm LD), оптички спојувач и оптички изолатор. Сигналната светлина и светлината од пумпата можат да се шират во иста насока (кодирекционално пумпање), спротивни насоки (обратно пумпање) или обете насоки (дводирекционално пумпање) во ербиумското влакно. Кога сигналната светлина и светлината од пумпата се инјектираат во ербиумското влакно истовремено, јоните на ербиум се возбудуваат до високо енергетско ниво под дејство на светлината од пумпата (Слика 1 (b), систем на три нивоа) и брзо се распаѓаат до метастабилно енергетско ниво, кога се враќа во основна состојба под дејство на инцидентната сигнална светлина, емитува фотони што одговараат на сигналната светлина, така што сигналот се засилува. Слика 1 (в) е неговиот спектар на засилена спонтана емисија (ASE) со голем пропусен опсег (до 20-40nm) и два врва што одговараат на 1530nm и 1550nm, соодветно.
Главните предности на EDFA се големо засилување, голем пропусен опсег, висока излезна моќност, висока ефикасност на пумпата, ниско губење на вметнување и нечувствителност на состојбата на поларизација.
2. Проблеми со фибер-оптички засилувачи
Иако оптичкиот засилувач (особено EDFA) има многу извонредни предности, тој не е идеален засилувач. Покрај дополнителниот шум што го намалува SNR на сигналот, постојат и некои други недостатоци, како што се:
- Нерамномерноста на спектарот на засилување во рамките на пропусниот опсег на засилувачот влијае на перформансите на повеќеканалното засилување;
- Кога оптичките засилувачи се каскадни, ефектите од ASE шум, дисперзијата на влакната и нелинеарните ефекти ќе се акумулираат.
Овие прашања мора да се земат предвид при дизајнирање на апликации и системи.
3. Примена на оптички засилувач во оптички комуникациски систем
Во комуникацискиот систем преку оптички влакна,Оптички засилувач со фиберМоже да се користи не само како засилувач за зголемување на моќноста на предавателот за зголемување на моќноста на преносот, туку и како претпојачувач на приемникот за подобрување на чувствителноста на приемот, а може да го замени и традиционалниот оптичко-електрично-оптички повторувач, за да се продолжи растојанието на пренос и да се реализира целосно оптичка комуникација.
Во комуникациските системи преку оптички влакна, главните фактори што го ограничуваат растојанието на пренос се загубата и дисперзијата на оптичкото влакно. Користејќи извор на светлина со тесен спектар или работејќи близу до брановата должина со нулта дисперзија, влијанието на дисперзијата на влакната е мало. Овој систем не треба да изврши целосна регенерација на времето на сигналот (3R реле) на секоја релејна станица. Доволно е директно да се засили оптичкиот сигнал со оптички засилувач (1R реле). Оптичките засилувачи можат да се користат не само во системи со долги растојанија, туку и во дистрибутивни мрежи со оптички влакна, особено во WDM системи, за истовремено засилување на повеќе канали.
1) Примена на оптички засилувачи во комуникациски системи со оптички влакна
Сл. 2 е шематски дијаграм на примената на оптичкиот засилувач во системот за комуникација со оптички влакна. (а) сликата покажува дека оптичкиот засилувач се користи како засилувач за зголемување на моќноста на предавателот и претпојачало на приемникот, така што растојанието без реле е двојно. На пример, со усвојување на EDFA, системскиот пренос Растојанието од 1,8 Gb/s се зголемува од 120 km на 250 km или дури достигнува 400 km. Слика 2 (b)-(d) е примената на оптички засилувачи во системи со повеќе релеи; Слика (b) е традиционалниот 3R релеен режим; Слика (c) е мешаниот релеен режим на 3R повторувачи и оптички засилувачи; Слика 2 (d) Тоа е целосно оптички релеен режим; во целосно оптички комуникациски систем, не вклучува кола за временско и регенерација, па затоа е битно транспарентен и нема ограничување на „електронски мустаќи од шише“. Доколку опремата за испраќање и примање на двата краја е заменета, лесно е да се надгради од ниска брзина на висока брзина, а оптичкиот засилувач не треба да се заменува.
2) Примена на оптички засилувач во дистрибутивна мрежа со оптички влакна
Предностите на високата излезна моќност на оптичките засилувачи (особено EDFA) се многу корисни во широкопојасните дистрибутивни мрежи (како што сеКабелска телевизијаМрежи). Традиционалната CATV мрежа користи коаксијален кабел, кој треба да се засилува на секои неколку стотици метри, а радиусот на услугата на мрежата е околу 7 км. Оптичката CATV мрежа што користи оптички засилувачи не само што може значително да го зголеми бројот на дистрибуирани корисници, туку и значително да ја прошири мрежната патека. Неодамнешните случувања покажаа дека дистрибуцијата на оптички влакна/хибрид (HFC) ги црпи предностите на обете и има силна конкурентност.
Слика 4 е пример за дистрибутивна мрежа со оптички влакна за AM-VSB модулација на 35 ТВ канали. Изворот на светлина на предавателот е DFB-LD со бранова должина од 1550nm и излезна моќност од 3,3dBm. Користејќи 4-нивоа EDFA како засилувач за дистрибуција на моќност, неговата влезна моќност е околу -6dBm, а неговата излезна моќност е околу 13dBm. Чувствителност на оптичкиот приемник -9,2d Bm. По 4 нивоа на дистрибуција, вкупниот број на корисници достигна 4,2 милиони, а мрежната патека е повеќе од десетици километри. Пондерираниот однос сигнал-шум на тестот беше поголем од 45dB, а EDFA не предизвика намалување на CSO.
Време на објавување: 23 април 2023 година