1. Класификација наFиберAзасилувачи
Постојат три главни типа на оптички засилувачи:
(1) Полупроводнички оптички засилувач (SOA, полупроводнички оптички засилувач);
(2) Засилувачи со оптички влакна допирани со елементи од ретка земја (ербиум Er, тулиум Tm, прасеодимиум Pr, рубидиум Nd, итн.), главно засилувачи со влакна допирани со ербиум (ЕДФА), како и засилувачи на влакна допирани со тулиум (TDFA) и засилувачи на влакна допирани со прасеодимиум (PDFA), итн.
(3) Нелинеарни засилувачи со влакна, главно Раман засилувачи со влакна (FRA, Засилувач на влакна Раман).Главната споредба на перформансите на овие оптички засилувачи е прикажана во табелата
EDFA (Ербиум допирани влакна засилувач)
Ласерски систем на повеќе нивоа може да се формира со допинг на кварцното влакно со елементи од ретка земја (како Nd, Er, Pr, Tm итн.), а светлото на влезниот сигнал директно се засилува под дејство на светлото на пумпата.По обезбедување на соодветна повратна информација, се формира фибер ласер.Работната бранова должина на засилувачот со влакна со допирање Nd е 1060 nm и 1330 nm, а неговиот развој и примена се ограничени поради отстапување од најдобрата порта за мијалник за комуникација со оптички влакна и други причини.Работните бранови должини на EDFA и PDFA се соодветно во прозорецот со најниска загуба (1550nm) и нулта дисперзивна бранова должина (1300nm) на комуникација со оптички влакна, а TDFA работи во S-појасот, кои се многу погодни за апликации на системот за комуникација со оптички влакна .Особено EDFA, најбрзиот развој, беше практичен.
НаPпринципот на ЕДФА
Основната структура на EDFA е прикажана на Слика 1(а), која главно се состои од активен медиум (ербиум-допирани силициум влакна долги околу десетици метри, со дијаметар на јадрото од 3-5 микрони и концентрација на допинг од (25 -1000)x10-6), извор на светлина на пумпата (990 или 1480nm LD), оптичка спојка и оптички изолатор.Сигналното светло и светлото на пумпата може да се шират во иста насока (конасочно пумпање), спротивни насоки (обратно пумпање) или двете насоки (двонасочно пумпање) во ербиумското влакно.Кога сигналното светло и светлото на пумпата се вбризгуваат во ербиумското влакно во исто време, јоните на ербиум се возбудуваат на високо ниво на енергија под дејство на светлото на пумпата (Слика 1 (б), систем на три нивоа). и брзо се распаѓа до ниво на метастабилна енергија, кога се враќа во основната состојба под дејство на ударната сигнална светлина, емитира фотони што одговараат на сигналната светлина, така што сигналот се засилува.Слика 1 (в) е неговиот засилен спектар на спонтана емисија (ASE) со голем пропусен опсег (до 20-40 nm) и два врва што одговараат на 1530 nm и 1550 nm соодветно.
Главните предности на EDFA се голема добивка, голем пропусен опсег, висока излезна моќност, висока ефикасност на пумпата, мала загуба на вметнување и нечувствителност на состојбата на поларизација.
2. Проблеми со оптички 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, има 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, ќе се акумулираат ефектите од бучавата на ASE, дисперзијата на влакната и нелинеарните ефекти.
Овие прашања мора да се земат предвид при дизајнирањето на апликациите и системот.
3. Примена на оптички засилувач во комуникациски систем со оптички влакна
Во системот за комуникација со оптички влакна, наЗасилувач со оптички влакнаможе да се користи не само како засилувач за зголемување на моќноста на предавателот за да се зголеми моќноста на преносот, туку и како предзасилувач на приемникот за да се подобри чувствителноста на приемот, а исто така може да го замени традиционалниот оптичко-електрично-оптички повторувач, за да го продолжи преносот далечина и да се реализира целосно оптичка комуникација.
Во комуникациските системи со оптички влакна, главните фактори кои го ограничуваат растојанието на пренос се губењето и дисперзијата на оптичкото влакно.Користејќи извор на светлина со тесен спектар или работејќи во близина на брановата должина со нулта дисперзија, влијанието на дисперзијата на влакната е мало.Овој систем не треба да врши целосна регенерација на тајмингот на сигналот (3R реле) на секоја релејна станица.Доволно е директно да се засили оптичкиот сигнал со оптички засилувач (1R реле).Оптичките засилувачи може да се користат не само во багажни системи на долги растојанија, туку и во мрежи за дистрибуција на оптички влакна, особено во WDM системи, за да се засилуваат повеќе канали истовремено.
1) Примена на оптички засилувачи во багажникот комуникациски системи со оптички влакна
Сл. 2 е шематски дијаграм на примената на оптичкиот засилувач во системот за комуникација со оптички влакна на багажникот.(а) сликата покажува дека оптичкиот засилувач се користи како засилувач за засилување на моќноста на предавателот и предзасилувач на приемникот, така што растојанието без реле е двојно зголемено.На пример, усвојување на EDFA, системскиот пренос растојанието од 1,8 Gb/s се зголемува од 120 км на 250 км или дури достигнува 400 км.Слика 2 (б)-(г) е примена на оптички засилувачи во повеќерелејни системи;Слика (б) е традиционалниот режим на реле 3R;Слика (в) е режим на мешано реле на 3R повторувачи и оптички засилувачи;Слика 2 (г) Тоа е целосно оптичко реле режим;во целосно оптички комуникациски систем, тој не вклучува кола за тајминг и регенерација, така што е малку транспарентен и не постои ограничување за „мустаќи за електронски шишиња“.Сè додека опремата за испраќање и примање на двата краја е заменета, лесно е да се надгради од ниска стапка на висока стапка, а оптичкиот засилувач не треба да се замени.
2) Примена на оптички засилувач во мрежа за дистрибуција на оптички влакна
Предностите со висока излезна моќност на оптичките засилувачи (особено EDFA) се многу корисни во широкопојасните дистрибутивни мрежи (како што сеCATVмрежи).Традиционалната CATV мрежа прифаќа коаксијален кабел, кој треба да се засилува на секои стотина метри, а сервисниот радиус на мрежата е околу 7 км.Мрежата за CATV со оптички влакна 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 силните страни на двете 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 го EDFA од 4 нивоа како засилувач за дистрибуција на енергија, 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