1. Klassificering avFiberAförstärkare
Det finns tre huvudtyper av optiska förstärkare:
(1) Optisk halvledarförstärkare (SOA, optisk halvledarförstärkare);
(2) Optiska fiberförstärkare dopade med sällsynta jordartsmetaller (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, etc.), huvudsakligen erbiumdopade fiberförstärkare (EDFA), samt thuliumdopade fiberförstärkare (TDFA) och praseodymdopade fiberförstärkare (PDFA), etc.
(3) Icke-linjära fiberförstärkare, huvudsakligen fiber Raman-förstärkare (FRA, Fiber Raman Amplifier).Den huvudsakliga prestandajämförelsen för dessa optiska förstärkare visas i tabellen
EDFA (Erbium Dopad Fiber Amplifier)
Ett lasersystem med flera nivåer kan bildas genom att doppa kvartsfibern med sällsynta jordartsmetaller (såsom Nd, Er, Pr, Tm, etc.), och insignalljuset förstärks direkt under inverkan av pumpljuset.Efter att ha gett lämplig feedback bildas en fiberlaser.Arbetsvåglängden för den Nd-dopade fiberförstärkaren är 1060nm och 1330nm, och dess utveckling och tillämpning är begränsad på grund av avvikelse från den bästa sänkporten för fiberoptisk kommunikation och andra skäl.Driftvåglängderna för EDFA och PDFA är respektive i fönstret för lägsta förlust (1550nm) och nollspridningsvåglängd (1300nm) för optisk fiberkommunikation, och TDFA arbetar i S-bandet, som är mycket lämpliga för optiska fiberkommunikationssystemapplikationer .Speciellt EDFA, den snabbaste utvecklingen, har varit praktiskt.
DePprincipen för EDFA
Grundstrukturen för EDFA visas i figur 1(a), som huvudsakligen består av ett aktivt medium (erbiumdopad kiseldioxidfiber cirka tiotals meter lång, med en kärndiameter på 3-5 mikron och en dopningskoncentration på (25) -1000)x10-6), pumpljuskälla (990 eller 1480nm LD), optisk kopplare och optisk isolator.Signalljus och pumpljus kan fortplanta sig i samma riktning (samriktningspumpning), motsatta riktningar (omvänd pumpning) eller båda riktningarna (dubbelriktad pumpning) i erbiumfibern.När signalljuset och pumpljuset injiceras i erbiumfibern samtidigt, exciteras erbiumjonerna till en hög energinivå under inverkan av pumpljuset (Figur 1 (b), ett trenivåsystem), och sjunker snabbt till den metastabila energinivån, när den återgår till grundtillståndet under inverkan av det infallande signalljuset, avger den fotoner motsvarande signalljuset, så att signalen förstärks.Figur 1 (c) är dess amplifierade spontana emissionsspektrum (ASE) med en stor bandbredd (upp till 20-40 nm) och två toppar motsvarande 1530 nm respektive 1550 nm.
De främsta fördelarna med EDFA är hög förstärkning, stor bandbredd, hög uteffekt, hög pumpeffektivitet, låg insättningsförlust och okänslighet för polarisationstillstånd.
2. Problem med fiberoptiska förstärkare
Även om den optiska förstärkaren (speciellt EDFA) har många enastående fördelar, är den inte en idealisk förstärkare.Förutom det extra bruset som minskar signalens SNR, finns det några andra brister, som:
- Ojämnheter i förstärkningsspektrumet inom förstärkarens bandbredd påverkar flerkanalig förstärkningsprestanda;
- När optiska förstärkare är kaskadkopplade kommer effekterna av ASE-brus, fiberspridning och olinjära effekter att ackumuleras.
Dessa frågor måste beaktas vid applikations- och systemdesign.
3. Tillämpning av optisk förstärkare i optisk fiberkommunikationssystem
I det optiska fiberkommunikationssystemet,Fiberoptisk förstärkarekan användas inte bara som en effektförstärkare för sändaren för att öka sändningseffekten, utan också som en förförstärkare för mottagaren för att förbättra mottagningskänsligheten, och kan också ersätta den traditionella optisk-elektrisk-optiska repeatern, för att utöka överföringen avstånd och realisera helt optisk kommunikation.
I optiska fiberkommunikationssystem är de huvudsakliga faktorerna som begränsar överföringsavståndet förlusten och spridningen av den optiska fibern.Genom att använda en ljuskälla med smalt spektrum, eller arbeta nära våglängden med nolldispersion, är inverkan av fiberspridning liten.Detta system behöver inte utföra fullständig signaltidsregenerering (3R-relä) vid varje relästation.Det räcker att direkt förstärka den optiska signalen med en optisk förstärkare (1R-relä).Optiska förstärkare kan användas inte bara i långväga trunksystem utan även i optiska fiberdistributionsnätverk, speciellt i WDM-system, för att förstärka flera kanaler samtidigt.
1) Tillämpning av optiska förstärkare i trunkoptiska fiberkommunikationssystem
Fig. 2 är ett schematiskt diagram över tillämpningen av den optiska förstärkaren i kommunikationssystemet för trunkoptiska fiber.(a) bilden visar att den optiska förstärkaren används som effektförstärkare för sändaren och mottagarens förförstärkare så att avståndet utan relä fördubblas.Till exempel att anta EDFA, systemöverföringen avståndet på 1,8 Gb/s ökar från 120 km till 250 km eller till och med når 400 km.Figur 2 (b)-(d) är tillämpningen av optiska förstärkare i multireläsystem;Figur (b) är det traditionella 3R-reläläget;Figur (c) är det blandade reläläget för 3R-repeterare och optiska förstärkare;Figur 2 (d) Det är ett helt optiskt reläläge;i ett helt optiskt kommunikationssystem inkluderar det inte timing- och regenereringskretsar, så det är bittransparent och det finns ingen "elektronisk flaskwhisker"-begränsning.Så länge sändnings- och mottagningsutrustningen i båda ändarna byts ut, är det lätt att uppgradera från en låg hastighet till en hög hastighet, och den optiska förstärkaren behöver inte bytas ut.
2) Tillämpning av optisk förstärkare i optiskt fiberdistributionsnätverk
De höga effektfördelarna med optiska förstärkare (särskilt EDFA) är mycket användbara i bredbandsdistributionsnätverk (t.ex.CATVnätverk).Det traditionella CATV-nätverket använder koaxialkabel, som måste förstärkas var flera hundra meter, och nätverkets serviceradie är cirka 7 km.CATV-nätverket med optisk fiber som använder optiska förstärkare kan inte bara avsevärt öka antalet distribuerade användare, utan också avsevärt utöka nätverksvägen.Den senaste utvecklingen har visat att distributionen av optisk fiber/hybrid (HFC) drar styrkorna hos båda och har stark konkurrenskraft.
Figur 4 är ett exempel på ett distributionsnät för optisk fiber för AM-VSB-modulering av 35 TV-kanaler.Ljuskällan för sändaren är DFB-LD med en våglängd på 1550nm och en uteffekt på 3,3dBm.Med 4-nivå EDFA som en effektfördelningsförstärkare är dess ineffekt cirka -6dBm och dess uteffekt är cirka 13dBm.Optisk mottagares känslighet -9,2d Bm.Efter fyra distributionsnivåer har det totala antalet användare nått 4,2 miljoner, och nätverksvägen är mer än tiotals kilometer.Testets viktade signal-brusförhållande var större än 45dB, och EDFA orsakade ingen minskning av CSO.
Posttid: 2023-apr-23