1. LuokitusFiberAvahvistimet
Optisia vahvistimia on kolme päätyyppiä:
(1) Semiconductor Optical Amplifier (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Harvinaisilla maametallielementeillä seostetut optiset kuituvahvistimet (erbium Er, tulium Tm, praseodyymi Pr, rubidium Nd jne.), pääasiassa erbiumseostetut kuituvahvistimet (EDFA), samoin kuin tuliumilla seostetut kuituvahvistimet (TDFA) ja praseodyymiseostetut kuituvahvistimet (PDFA) jne.
(3) Epälineaariset kuituvahvistimet, pääasiassa kuitu-Raman-vahvistimet (FRA, Fiber Raman Amplifier).Näiden optisten vahvistimien tärkein suorituskykyvertailu on esitetty taulukossa
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
Monitasoinen laserjärjestelmä voidaan muodostaa seostamalla kvartsikuitu harvinaisilla maametallielementeillä (kuten Nd, Er, Pr, Tm jne.), ja tulosignaalivalo vahvistetaan suoraan pumpun valon vaikutuksesta.Asianmukaisen palautteen antamisen jälkeen muodostetaan kuitulaser.Nd-seostetun kuituvahvistimen toiminta-aallonpituus on 1060nm ja 1330nm, ja sen kehittäminen ja käyttö on rajoitettua johtuen poikkeamasta valokuituviestinnän parhaasta nieluportista ja muista syistä.EDFA:n ja PDFA:n toiminta-aallonpituudet ovat vastaavasti valokuituviestinnän pienimmän häviön (1550 nm) ja nolladispersion aallonpituuden (1300 nm) ikkunassa, ja TDFA toimii S-kaistalla, jotka sopivat hyvin valokuituviestintäjärjestelmien sovelluksiin. .Erityisesti nopein kehitys EDFA on ollut käytännöllinen.
ThePEDFA:n periaate
EDFA:n perusrakenne on esitetty kuvassa 1(a), joka koostuu pääasiassa aktiivisesta väliaineesta (erbium-seostettu piidioksidikuitu, jonka pituus on noin kymmeniä metrejä, ytimen halkaisija 3-5 mikronia ja seostuspitoisuus (25) -1000)x10-6), pumppuvalonlähde (990 tai 1480nm LD), optinen liitin ja optinen eristin.Signaalivalo ja pumpun valo voivat levitä samaan suuntaan (yhteissuuntainen pumppaus), vastakkaisiin suuntiin (käänteinen pumppaus) tai molempiin suuntiin (kaksisuuntainen pumppaus) erbiumkuidussa.Kun merkkivalo ja pumpun valo injektoidaan erbiumkuituun samanaikaisesti, erbium-ionit virittyvät korkealle energiatasolle pumpun valon vaikutuksesta (kuva 1 (b), kolmitasoinen järjestelmä), ja hajoaa nopeasti metastabiilille energiatasolle, kun se palaa perustilaan tulevan signaalivalon vaikutuksesta, se lähettää signaalivaloa vastaavia fotoneja, jolloin signaali vahvistuu.Kuvio 1 (c) on sen vahvistetun spontaanin emission (ASE) spektri, jolla on suuri kaistanleveys (jopa 20-40 nm) ja kaksi huippua, jotka vastaavat 1530 nm ja 1550 nm.
EDFA:n tärkeimmät edut ovat suuri vahvistus, suuri kaistanleveys, suuri lähtöteho, korkea pumpun hyötysuhde, pieni välityshäviö ja herkkyys polarisaatiotilaan.
2. Ongelmia kuituoptisissa vahvistimissa
Vaikka optisella vahvistimella (etenkin EDFA:lla) on monia merkittäviä etuja, se ei ole ihanteellinen vahvistin.Signaalin SNR:ää vähentävän lisäkohinan lisäksi on joitain muita puutteita, kuten:
- Vahvistusspektrin epätasaisuus vahvistimen kaistanleveydellä vaikuttaa monikanavaisen vahvistuksen suorituskykyyn;
- Kun optisia vahvistimia kaskadoidaan, ASE-kohinan, kuitudispersion ja epälineaaristen efektien vaikutukset kasaantuvat.
Nämä asiat on otettava huomioon sovellusten ja järjestelmien suunnittelussa.
3. Optisen vahvistimen käyttö optisessa kuituviestintäjärjestelmässä
Optisessa kuituviestintäjärjestelmässäKuituoptinen vahvistinvoidaan käyttää paitsi lähettimen tehonlisäysvahvistimena lähetystehon lisäämiseksi, myös vastaanottimen esivahvistimena vastaanottoherkkyyden parantamiseksi, ja se voi myös korvata perinteisen optis-sähkö-optisen toistimen lähetyksen pidentämiseksi etäisyyttä ja toteuttaa täysin optinen viestintä.
Valokuituviestintäjärjestelmissä pääasialliset lähetysetäisyyttä rajoittavat tekijät ovat valokuidun häviö ja hajaantumiset.Käytettäessä kapeaspektristä valonlähdettä tai työskentelemällä lähellä nolladispersion aallonpituutta kuitudispersion vaikutus on pieni.Tämän järjestelmän ei tarvitse suorittaa täydellistä signaalin ajoituksen regenerointia (3R-rele) jokaisessa välitysasemassa.Riittää, kun optinen signaali vahvistetaan suoraan optisella vahvistimella (1R-rele).Optisia vahvistimia voidaan käyttää paitsi pitkän matkan runkojärjestelmissä myös valokuitujakeluverkoissa, erityisesti WDM-järjestelmissä, useiden kanavien vahvistamiseen samanaikaisesti.
1) Optisten vahvistimien käyttö runko-optisissa kuituviestintäjärjestelmissä
Kuvio 2 on kaaviokuva optisen vahvistimen sovelluksesta runko-optisessa kuituviestintäjärjestelmässä.(a) kuvasta näkyy, että optista vahvistinta käytetään lähettimen tehonlisäysvahvistimena ja vastaanottimen esivahvistimena siten, että releen ulkopuolinen etäisyys kaksinkertaistuu.Esimerkiksi EDFA:n, järjestelmän lähetyksen, käyttöönotto 1,8 Gb/s etäisyys kasvaa 120 kilometristä 250 kilometriin tai jopa 400 kilometriin.Kuva 2 (b)-(d) on optisten vahvistimien käyttö monirelejärjestelmissä;Kuva (b) on perinteinen 3R-välitystila;Kuva (c) on 3R-toistimien ja optisten vahvistimien sekoitettu reletila;Kuva 2 (d) Se on täysin optinen reletila;täysoptisessa viestintäjärjestelmässä se ei sisällä ajoitus- ja regenerointipiirejä, joten se on bittiläpinäkyvä, eikä siinä ole "elektronista pullonviskeä" -rajoitusta.Niin kauan kuin lähetys- ja vastaanottolaitteet molemmissa päissä vaihdetaan, on helppo päivittää alhaisesta nopeudesta korkeaan, eikä optista vahvistinta tarvitse vaihtaa.
2) Optisen vahvistimen käyttö optisessa kuidun jakeluverkossa
Optisten vahvistimien (erityisesti EDFA) suuren tehon edut ovat erittäin hyödyllisiä laajakaistaverkoissa (esim.CATVverkot).Perinteisessä CATV-verkossa käytetään koaksiaalikaapelia, jota on vahvistettava muutaman sadan metrin välein, ja verkon palvelusäde on noin 7 km.Optisia vahvistimia käyttävä valokuitu CATV-verkko voi paitsi lisätä huomattavasti hajautettujen käyttäjien määrää, myös laajentaa huomattavasti verkkopolkua.Viimeaikainen kehitys on osoittanut, että optisen kuidun/hybridin (HFC) jakelu hyödyntää molempien vahvuuksia ja sillä on vahva kilpailukyky.
Kuva 4 on esimerkki valokuitujakeluverkosta 35 TV-kanavan AM-VSB-modulaatiota varten.Lähettimen valonlähde on DFB-LD, jonka aallonpituus on 1550 nm ja lähtöteho 3,3 dBm.Käytettäessä 4-tasoista EDFA:ta tehonjakovahvistimena sen tuloteho on noin -6dBm ja lähtöteho noin 13dBm.Optisen vastaanottimen herkkyys -9.2d Bm.Neljän jakelutason jälkeen käyttäjien kokonaismäärä on saavuttanut 4,2 miljoonaa ja verkkopolku on yli kymmeniä kilometrejä.Testin painotettu signaali-kohinasuhde oli yli 45 dB, eikä EDFA aiheuttanut CSO:n laskua.
Postitusaika: 23.4.2023