1. Classificació deFiberAamplificadors
Hi ha tres tipus principals d'amplificadors òptics:
(1) Semiconductor Optical Amplifier (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Amplificadors de fibra òptica dopats amb elements de terres rares (erbi Er, tuli Tm, praseodimi Pr, rubidi Nd, etc.), principalment amplificadors de fibra dopat amb erbi (EDFA), així com amplificadors de fibra dopada amb tuli (TDFA) i amplificadors de fibra dopada amb praseodimi (PDFA), etc.
(3) Amplificadors de fibra no lineal, principalment amplificadors de fibra Raman (FRA, Fiber Raman Amplifier).La comparació principal de rendiment d'aquests amplificadors òptics es mostra a la taula
EDFA (amplificador de fibra dopada amb erbi)
Es pot formar un sistema làser multinivell dopant la fibra de quars amb elements de terres rares (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 1060 nm i 1330 nm, i el seu desenvolupament i aplicació estan limitats a causa de la desviació del millor port d'aigües de comunicació de fibra òptica i altres motius.Les longituds d'ona operatives d'EDFA i PDFA es troben, respectivament, a la finestra de la menor pèrdua (1550 nm) i la longitud d'ona de dispersió zero (1300 nm) de la comunicació de fibra òptica, i TDFA opera a la banda S, que són molt adequades per a aplicacions de sistemes de comunicació de fibra òptica. .Especialment EDFA, el desenvolupament més ràpid, ha estat pràctic.
ElPprincipi 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 amb erbi d'unes desenes de metres de llarg, amb un diàmetre del nucli de 3-5 micres i una concentració de dopatge de (25). -1000)x10-6), font de llum de bomba (990 o 1480nm LD), acoblador òptic i aïllant òptic.La llum de senyal i la llum de bomba es poden propagar en la mateixa direcció (bombament codireccional), direccions oposades (bombament invers) o ambdues direccions (bombament bidireccional) a la fibra d'erbi.Quan la llum de senyal i la llum de la bomba s'injecten a la fibra d'erbi al mateix temps, els ions d'erbi s'exciten a un alt nivell d'energia sota l'acció de la llum de la bomba (Figura 1 (b), un sistema de tres nivells), i decau ràpidament al nivell d'energia metaestable, quan torna a l'estat fonamental sota l'acció de la llum de senyal incident, emet fotons corresponents a la llum de senyal, de manera que el senyal s'amplifica.La figura 1 (c) és el seu espectre d'emissió espontània amplificada (ASE) amb una amplada de banda gran (fins a 20-40 nm) i dos pics corresponents a 1530 nm i 1550 nm respectivament.
Els principals avantatges d'EDFA són un gran guany, un gran ample de banda, una gran potència de sortida, una alta eficiència de la bomba, una baixa pèrdua d'inserció i una insensibilitat a l'estat de polarització.
2. Problemes amb els amplificadors de fibra òptica
Tot i que l'amplificador òptic (especialment EDFA) té molts avantatges destacats, no és un amplificador ideal.A més del soroll addicional que redueix la SNR del senyal, hi ha altres inconvenients, com ara:
- La desigualtat de l'espectre de guany dins de l'ample de banda de l'amplificador afecta el rendiment de l'amplificació multicanal;
- Quan els amplificadors òptics estan en cascada, s'acumularan els efectes del soroll ASE, la dispersió de la fibra i els efectes no lineals.
Aquestes qüestions s'han de tenir en compte en el disseny de l'aplicació i del sistema.
3. Aplicació de l'amplificador òptic en el sistema de comunicació de fibra òptica
En el sistema de comunicació de fibra òptica, elAmplificador de fibra òpticaes pot utilitzar no només com a amplificador d'augment de potència del transmissor per augmentar la potència de transmissió, sinó també com a preamplificador del receptor per millorar la sensibilitat de recepció, i també pot substituir el repetidor òptic-elèctric-òptic tradicional per ampliar la transmissió. distància 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 dispersió de la fibra òptica.Utilitzant una font de llum d'espectre estret o treballant a prop de la longitud d'ona de dispersió zero, la influència de la dispersió de la fibra és petita.Aquest sistema no necessita realitzar una regeneració completa de la temporització 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 troncals de llarga distància, sinó també en xarxes de distribució de fibra òptica, especialment en sistemes WDM, per amplificar múltiples canals simultàniament.
1) Aplicació d'amplificadors òptics en sistemes de comunicació de fibra òptica troncal
La figura 2 és un diagrama esquemàtic de l'aplicació de l'amplificador òptic al sistema de comunicació de fibra òptica troncal.(a) la imatge mostra que l'amplificador òptic s'utilitza com a amplificador d'augment de potència del transmissor i el preamplificador del receptor de manera que la distància sense relé es dupliqui.Per exemple, adoptant EDFA, el sistema de transmissió 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 de relés múltiples;La figura (b) és el mode de relé tradicional 3R;La figura (c) és el mode de relé mixt de repetidors 3R i amplificadors òptics;Figura 2 (d) És un mode de relé totalment òptic;en un sistema de comunicació totalment òptic, no inclou circuits de temporització i regeneració, de manera que és transparent i no hi ha cap restricció de "bigotis d'ampolla electrònica".Sempre que es substitueixi l'equip d'enviament i de recepció en ambdós extrems, és fàcil actualitzar d'una taxa baixa a una alta i no cal substituir l'amplificador òptic.
2) Aplicació de l'amplificador òptic a la xarxa de distribució de fibra òptica
Els avantatges d'alta potència de sortida dels amplificadors òptics (especialment EDFA) són molt útils en xarxes de distribució de banda ampla (com araCATVXarxes).La xarxa tradicional CATV adopta cable coaxial, que s'ha d'amplificar cada centenars de metres, i el radi de servei de la xarxa és d'uns 7 km.La xarxa CATV de fibra òptica que utilitza amplificadors òptics no només pot augmentar molt el nombre d'usuaris distribuïts, sinó que també pot ampliar molt el camí de la xarxa.Els desenvolupaments recents han demostrat que la distribució de fibra òptica/híbrid (HFC) treu els punts forts de tots dos i té una forta competitivitat.
La figura 4 és un exemple d'una xarxa de distribució de fibra òptica 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 1550 nm i una potència de sortida de 3,3 dBm.Utilitzant EDFA de 4 nivells com a amplificador de distribució d'energia, la seva potència d'entrada és d'uns -6dBm i la seva potència de sortida és d'uns 13dBm.Sensibilitat del receptor òptic -9,2d Bm.Després de 4 nivells de distribució, el nombre total d'usuaris ha arribat als 4,2 milions i el camí de la xarxa és de més de desenes de quilòmetres.La relació senyal-soroll ponderada de la prova va ser superior a 45 dB i EDFA no va provocar una reducció de CSO.
Hora de publicació: 23-abril-2023