1. Classificació deFiberAmplificadors
Hi ha tres tipus principals d’amplificadors òptics:
(1) amplificador òptic semiconductor (SOA, amplificador òptic de semiconductor);
(2) Amplificadors de fibra òptica dopada amb elements de terra rara (Erbium ER, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium ND, etc.), principalment amplificadors de fibra dopada per erbium (EDFA), així com amplificadors de fibra dopada amb thulium (TDFA) i amplificadors de fibra dopada amb praseodim (PDFA), etc.
(3) Amplificadors de fibra no lineals, principalment amplificadors de fibra Raman (FRA, amplificador de fibra Raman). La comparació principal de rendiment d’aquests amplificadors òptics es mostra a la taula
EDFA (amplificador de fibra dopada per erbium)
Un sistema làser a diversos nivells es pot formar dopant la fibra de quars amb elements de terra rara (com ND, ER, PR, TM, etc.), i la llum del senyal d’entrada s’amplifica directament sota l’acció de la llum de la bomba. Després de proporcionar una retroalimentació adequada, es forma un làser de fibra. La longitud d’ona de treball de l’amplificador de fibra dopada amb ND és de 1060nm i 1330nm, i el seu desenvolupament i aplicació són limitats a causa de la desviació del millor port d’aigüera de la comunicació de fibra òptica i d’altres motius. Les longituds d’ona de funcionament d’EDFA i PDFA es troben respectivament a la finestra de la pèrdua més baixa (1550nm) i la longitud d’ona de dispersió zero (1300nm) de comunicació de fibra òptica i TDFA funciona en la banda S, molt adequada per a aplicacions del sistema de comunicació òptica de fibra de fibra. Sobretot EDFA, el desenvolupament més ràpid, ha estat pràctic.
ElPRinciple d’Edfa
L’estructura bàsica de l’EDFA es mostra a la figura 1 (a), que es compon principalment d’un medi actiu (fibra de sílice dopada d’erbium aproximadament desenes de metres de llarg, amb un diàmetre del nucli de 3-5 micres i una concentració de dopatge d’un (25-1000) x10-6), font de llum de la bomba (990 o 1480nm LD), copler òptic i aïllador òptic. La llum del senyal i la llum de la bomba es poden propagar en la mateixa direcció (bombament codireccional), direccions oposades (bombament invers) o ambdues direccions (bombament bidireccional) a la fibra de l'erbium. Quan la llum del senyal i la llum de la bomba s’injecten a la fibra d’erbium alhora, els ions d’erbium s’emocionen amb un nivell d’energia elevat sota l’acció de la llum de la bomba (figura 1 (b), un sistema de tres nivells) i es decaeixen ràpidament al nivell d’energia metastable, quan torna a l’estat de terra sota l’acció de la llum del senyal d’incident, emet fotons que corresponen a la llum del senyal, de manera que el senyal s’amplifi. La figura 1 (c) és el seu espectre d’emissió espontània (ASE) amplificada amb una amplada de banda gran (fins a 20-40nm) i dos pics corresponents a 1530nm i 1550nm respectivament.
Els principals avantatges de l’EDFA són el gran guany, l’amplada de banda gran, la potència de gran sortida, l’eficiència de la bomba alta, la baixa pèrdua d’inserció i la insensibilitat a l’estat de polarització.
2. Problemes amb els amplificadors òptics de fibra
Tot i que l’amplificador òptic (sobretot EDFA) té molts avantatges destacats, no és un amplificador ideal. A més del soroll addicional que redueix la SNR del senyal, hi ha algunes altres mancances, com ara:
- La desnivell de l’espectre de guany dins de l’ample de banda de l’amplificador afecta el rendiment d’amplificació multicanal;
- Quan els amplificadors òptics estan en cascada, s’acumularan els efectes del soroll ASE, la dispersió de fibra i els efectes no lineals.
Aquests problemes s’han de considerar en el disseny d’aplicacions i sistemes.
3. Aplicació de l'amplificador òptic en el sistema de comunicació de fibra òptica
Al sistema de comunicació de fibra òptica, elAmplificador òptic de fibraEs pot utilitzar no només com a amplificador d’increment de potència del transmissor per augmentar la potència de transmissió, sinó també com a preamplificador del receptor per millorar la sensibilitat receptora i també pot substituir el repetidor tradicional òptic-òptic-òptic, per ampliar la distància de transmissió i realitzar una comunicació totalment òptica.
En els sistemes de comunicació de fibra òptica, els principals factors que limiten la distància de transmissió són la pèrdua i la dispersió de la fibra òptica. Utilitzant una font de llum d'espectre estret o treballant a prop de la longitud d'ona de la dispersió zero, la influència de la dispersió de la fibra és petita. Aquest sistema no ha de realitzar una regeneració completa de sincronització del senyal (relé 3R) a cada estació de relé. N’hi ha prou amb amplificar directament el senyal òptic amb un amplificador òptic (relé 1R). Els amplificadors òptics es poden utilitzar no només en sistemes de tronc de llarga distància, sinó també en xarxes de distribució de fibres òptiques, especialment en sistemes WDM, per amplificar diversos canals simultàniament.
1) Aplicació d'amplificadors òptics en sistemes de comunicació de fibra òptica del tronc
La figura 2 és un diagrama esquemàtic de l'aplicació de l'amplificador òptic al sistema de comunicació de fibra òptica del tronc. (a) La imatge mostra que l'amplificador òptic s'utilitza com a amplificador d'increment de potència del transmissor i el preamplificador del receptor de manera que la distància no rellevant es duplica. Per exemple, adoptant EDFA, la transmissió del sistema La distància d’1,8 GB/s augmenta de 120 km a 250 km o fins i tot arriba als 400 km. La figura 2 (b)-(d) és l’aplicació d’amplificadors òptics en sistemes multi-relleu; La figura (b) és el mode de relé 3R tradicional; La figura (c) és el mode de relé mixt de 3R repetidors i amplificadors òptics; Figura 2 (d) És un mode de relé tot òptic; En un sistema de comunicació tot òptic, no inclou els circuits de sincronització i regeneració, de manera que és transparent de bits i no hi ha cap restricció de "bigot de botella electrònica". Sempre que es substitueixi l’equip d’enviament i recepció als dos extrems, és fàcil actualitzar d’una velocitat baixa a una velocitat alta i l’amplificador òptic no cal substituir.
2) Aplicació de l'amplificador òptic a la xarxa de distribució de fibres òptiques
Els avantatges d’alta potència dels amplificadors òptics (especialment EDFA) són molt útils en xarxes de distribució de banda ampla (com araCatvXarxes). La xarxa tradicional CATV adopta un cable coaxial, que cal amplificar cada diversos centenars de metres, i el radi de servei de la xarxa és d’uns 7 km. La xarxa de CATV de fibra òptica que utilitza amplificadors òptics no només pot augmentar molt el nombre d’usuaris distribuïts, sinó que també ampliar la ruta de xarxa. Els desenvolupaments recents han demostrat que la distribució de fibra òptica/híbrida (HFC) dibuixa els punts forts de tots dos i té una forta competitivitat.
La figura 4 és un exemple de xarxa de distribució de fibres òptiques per a la modulació AM-VSB de 35 canals de TV. La font de llum del transmissor és DFB-LD amb una longitud d'ona de 1550nm i potència de sortida de 3,3dBm. Utilitzant EDFA de 4 nivells com a amplificador de distribució de potència, la seva potència d'entrada és d'aproximadament -6DBM i la seva potència de sortida és d'aproximadament 13dBm. Sensibilitat del receptor òptic -9.2d Bm. Després de 4 nivells de distribució, el nombre total d’usuaris ha arribat a 4,2 milions i la ruta de la xarxa és superior a desenes de quilòmetres. La proporció senyal-soroll ponderada de la prova va ser superior a 45dB, i EDFA no va provocar una reducció de la CSO.
Hora de la publicació: 23-2023 d'abril