1. Ταξινόμηση τουFberAmplifiers
Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι οπτικών ενισχυτών:
(1) οπτικός ενισχυτής ημιαγωγού (SOA, οπτικός ενισχυτής ημιαγωγού).
(2) Οι ενισχυτές οπτικών ινών που προσφέρονται με στοιχεία σπάνιων γαιών (Erbium ER, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium ND κ.λπ.), κυρίως ενισχυτές ινών με πρόσκρουση erbium (EDFA), όπως και οι ενισχυτές ινών με θόλο (TDFA) και οι ενισχυτές ινών με πασυμισμό (PDFA) κ.λπ.
(3) Ενισχυτές μη γραμμικών ινών, κυρίως ενισχυτές raman ινών (FRA, ενισχυτής ινών Raman). Η κύρια σύγκριση απόδοσης αυτών των οπτικών ενισχυτών παρουσιάζεται στον πίνακα
EDFA (ενισχυτής ινών με προσκόλληση erbium)
Ένα σύστημα λέιζερ πολλαπλών επιπέδων μπορεί να σχηματιστεί με την τοποθέτηση των ινών χαλαζία με στοιχεία σπάνιων γαιών (όπως ND, ER, PR, TM κ.λπ.) και το φως σήματος εισόδου ενισχύεται άμεσα κάτω από τη δράση του φωτός της αντλίας. Μετά την παροχή της κατάλληλης ανατροφοδότησης, σχηματίζεται ένα λέιζερ ινών. Το μήκος κύματος εργασίας του ενισχυτή ινών με διάκριση ND είναι 1060NM και 1330NM και η ανάπτυξη και η εφαρμογή του είναι περιορισμένα λόγω απόκλισης από την καλύτερη θύρα νεροχύτη της επικοινωνίας οπτικών ινών και άλλων λόγων. Τα μήκη κύματος λειτουργίας των EDFA και PDFA είναι αντίστοιχα στο παράθυρο της χαμηλότερης απώλειας (1550Nm) και μηδενικού μήκους κύματος διασποράς (1300NM) της επικοινωνίας οπτικών ινών και το TDFA λειτουργεί στη ζώνη S, τα οποία είναι πολύ κατάλληλα για εφαρμογές συστήματος επικοινωνίας οπτικών ινών. Ειδικά η EDFA, η ταχύτερη ανάπτυξη, ήταν πρακτική.
ΟPριψοκίνδυνος
Η βασική δομή του EDFA φαίνεται στο σχήμα 1 (α), η οποία αποτελείται κυρίως από ένα ενεργό μέσο (ίνες πυριτικού σίλικα που έχει προσβληθεί από δεκάδες, με διάμετρο πυρήνα 3-5 μικρά και συγκέντρωση doping (25-1000) x10-6), πηγή φωτός αντλίας (990 ή 1480NM LD) Το φως του σήματος και το φως της αντλίας μπορούν να διαδοθούν προς την ίδια κατεύθυνση (codirectional άντληση), αντίθετες κατευθύνσεις (αντίστροφη άντληση) ή και οι δύο κατευθύνσεις (αμφίδρομη άντληση) στις ίνες Erbium. Όταν το φως του σήματος και το φως της αντλίας εισάγονται ταυτόχρονα στην ίνα Erbium, τα ιόντα Erbium είναι ενθουσιασμένοι με ένα επίπεδο υψηλής ενέργειας κάτω από τη δράση του φωτός της αντλίας (Εικόνα 1 (b), ένα σύστημα τριών επιπέδων) και γρήγορα αποσυντίθεται στο μεταστατικό επίπεδο ενέργειας, όταν επιστρέφει στην κατάσταση του εδάφους κάτω από τη δράση του φωτός του συμβάντος, εκπέμπει τα φωτόνια που αντιστοιχεί στο σήμα, έτσι ώστε να ενισχύεται το σήμα. Το σχήμα 1 (c) είναι το ενισχυμένο φάσμα αυθόρμητων εκπομπών (ASE) με μεγάλο εύρος ζώνης (έως 20-40nm) και δύο κορυφές που αντιστοιχούν σε 1530nm και 1550nm αντίστοιχα.
Τα κύρια πλεονεκτήματα του EDFA είναι το υψηλό κέρδος, το μεγάλο εύρος ζώνης, η υψηλή ισχύς εξόδου, η υψηλή απόδοση της αντλίας, η χαμηλή απώλεια εισαγωγής και η ανυπαρξία στην κατάσταση πόλωσης.
2. Προβλήματα με οπτικούς ενισχυτές ινών
Αν και ο οπτικός ενισχυτής (ειδικά το EDFA) έχει πολλά εξαιρετικά πλεονεκτήματα, δεν είναι ένας ιδανικός ενισχυτής. Εκτός από τον πρόσθετο θόρυβο που μειώνει το SNR του σήματος, υπάρχουν κάποιες άλλες αδυναμίες, όπως:
- Η ανομοιομορφία του φάσματος κέρδους εντός του εύρους ζώνης του ενισχυτή επηρεάζει την απόδοση ενίσχυσης πολλαπλών καναλιών.
- Όταν οι οπτικοί ενισχυτές έχουν καταρρεύσει, οι επιδράσεις του θορύβου ASE, της διασποράς ινών και των μη γραμμικών επιδράσεων θα συσσωρευτούν.
Αυτά τα ζητήματα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο σχεδιασμό εφαρμογών και συστήματος.
3. Εφαρμογή οπτικού ενισχυτή στο σύστημα επικοινωνίας οπτικών ινών
Στο σύστημα επικοινωνίας οπτικών ινών, τοΟπτικός ενισχυτής ινώνμπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο ως ενισχυτής ενίσχυσης ισχύος του πομπού για να αυξήσει την ισχύ μετάδοσης, αλλά και ως προενισχυτή του δέκτη για να βελτιώσει την ευαισθησία λήψης και μπορεί επίσης να αντικαταστήσει τον παραδοσιακό οπτικό-ηλεκτρικό-οπτικό επαναλήπτη, για να επεκτείνει την απόσταση μετάδοσης και να πραγματοποιήσει την οπτική επικοινωνία.
Στα συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών, οι κύριοι παράγοντες που περιορίζουν την απόσταση μετάδοσης είναι η απώλεια και η διασπορά της οπτικής ίνας. Χρησιμοποιώντας μια πηγή φωτός στενού φάσματος ή εργάζεστε κοντά στο μήκος κύματος μηδενικής διασποράς, η επίδραση της διασποράς ινών είναι μικρή. Αυτό το σύστημα δεν χρειάζεται να εκτελεί πλήρη αναγέννηση χρονισμού σήματος (3R Relay) σε κάθε σταθμό ρελέ. Αρκεί να ενισχύεται άμεσα το οπτικό σήμα με οπτικό ενισχυτή (ρελέ 1R). Οι οπτικοί ενισχυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο σε συστήματα κορμού μεγάλων αποστάσεων αλλά και σε δίκτυα διανομής οπτικών ινών, ειδικά σε συστήματα WDM, για την ενίσχυση πολλαπλών καναλιών ταυτόχρονα.
1) Εφαρμογή οπτικών ενισχυτών σε συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών κορμού
Το σχήμα 2 είναι ένα σχηματικό διάγραμμα της εφαρμογής του οπτικού ενισχυτή στο σύστημα επικοινωνίας οπτικών ινών κορμού. (α) Η εικόνα δείχνει ότι ο οπτικός ενισχυτής χρησιμοποιείται ως ενισχυτής ενίσχυσης ισχύος του πομπού και ο προενισχυτής του δέκτη, έτσι ώστε να διπλασιαστεί η απόσταση μη συσχέτισης. Για παράδειγμα, υιοθετώντας το EDFA, τη μετάδοση του συστήματος Η απόσταση 1,8GB/s αυξάνεται από 120 χιλιόμετρα σε 250 χιλιόμετρα ή ακόμη και φθάνει τα 400 χιλιόμετρα. Το σχήμα 2 (b)-(d) είναι η εφαρμογή οπτικών ενισχυτών σε συστήματα πολλαπλών αποδόσεων. Το σχήμα (β) είναι η παραδοσιακή λειτουργία ρελέ 3R. Το σχήμα (C) είναι ο μικτός τρόπος αναμετάδοσης των επαναλήψεων 3R και των οπτικών ενισχυτών. Εικόνα 2 (δ) Είναι μια λειτουργία οπτικής αναμετάδοσης. Σε ένα ολο-οπτικό σύστημα επικοινωνίας, δεν περιλαμβάνει κυκλώματα χρονισμού και αναγέννησης, επομένως είναι διαφανές και δεν υπάρχει περιορισμός "ηλεκτρονικού μπουκαλιού". Όσο ο εξοπλισμός αποστολής και λήψης και στα δύο άκρα αντικαθίσταται, είναι εύκολο να αναβαθμιστεί από χαμηλό ρυθμό σε υψηλό ρυθμό και ο οπτικός ενισχυτής δεν χρειάζεται να αντικατασταθεί.
2) Εφαρμογή οπτικού ενισχυτή στο δίκτυο διανομής οπτικών ινών
Τα πλεονεκτήματα υψηλής ισχύος των οπτικών ενισχυτών (ειδικά EDFA) είναι πολύ χρήσιμα σε δίκτυα ευρυζωνικής διανομής (όπωςΓρηγώΔίκτυα). Το παραδοσιακό δίκτυο CATV υιοθετεί ομοαξονικό καλώδιο, το οποίο πρέπει να ενισχυθεί κάθε εκατοντάδες μέτρα και η ακτίνα υπηρεσίας του δικτύου είναι περίπου 7 χιλιόμετρα. Το δίκτυο CATV οπτικών ινών που χρησιμοποιεί οπτικούς ενισχυτές δεν μπορεί μόνο να αυξήσει σημαντικά τον αριθμό των κατανεμημένων χρηστών, αλλά και να επεκτείνει σημαντικά τη διαδρομή του δικτύου. Οι πρόσφατες εξελίξεις έχουν δείξει ότι η κατανομή των οπτικών ινών/υβριδίων (HFC) αντλεί τα πλεονεκτήματα και των δύο και έχει ισχυρή ανταγωνιστικότητα.
Το σχήμα 4 είναι ένα παράδειγμα ενός δικτύου διανομής οπτικών ινών για διαμόρφωση AM-VSB 35 καναλιών τηλεόρασης. Η ελαφριά πηγή του πομπού είναι DFB-LD με μήκος κύματος 1550nm και ισχύ εξόδου 3,3dBM. Χρησιμοποιώντας το EDFA 4 επιπέδων ως ενισχυτή κατανομής ισχύος, η ισχύς εισόδου του είναι περίπου -6DBM και η ισχύς εξόδου είναι περίπου 13DBM. Ευαισθησία οπτικού δέκτη -9.2d BM. Μετά από 4 επίπεδα διανομής, ο συνολικός αριθμός των χρηστών έχει φτάσει τα 4,2 εκατομμύρια και η διαδρομή του δικτύου είναι περισσότερο από δεκάδες χιλιόμετρα. Ο σταθμισμένος λόγος σήματος προς θόρυβο της δοκιμής ήταν μεγαλύτερη από 45dB και η EDFA δεν προκάλεσε μείωση του CSO.
Χρόνος δημοσίευσης: Απριλίου-23-2023