1. Classificatie vanFiberAversterkers
Er zijn drie hoofdtypen optische versterkers:
(1) Halfgeleider optische versterker (SOA, halfgeleider optische versterker);
(2) Optische vezelversterkers gedoteerd met zeldzame aardmetalen (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, enz.), voornamelijk erbium-gedoteerde vezelversterkers (EDFA), evenals thulium-gedoteerde vezelversterkers (TDFA) en praseodymium-gedoteerde vezelversterkers (PDFA), enz.
(3) Niet-lineaire glasvezelversterkers, voornamelijk glasvezel-Raman-versterkers (FRA, Fiber Raman Amplifier). De belangrijkste prestatievergelijking van deze optische versterkers wordt weergegeven in de tabel.
EDFA (Erbium-gedoteerde vezelversterker)
Een multi-level lasersysteem kan worden gevormd door de kwartsvezel te doteren met zeldzame aardmetalen (zoals Nd, Er, Pr, Tm, enz.), en het ingangssignaallicht wordt direct versterkt onder invloed van de pomplamp. Na het leveren van de juiste feedback wordt een fiberlaser gevormd. De werkgolflengte van de Nd-gedoteerde fiberversterker is 1060 nm en 1330 nm, en de ontwikkeling en toepassing ervan zijn beperkt vanwege afwijking van de beste sinkpoort van glasvezelcommunicatie en andere redenen. De werkgolflengten van EDFA en PDFA bevinden zich respectievelijk in het venster van het laagste verlies (1550 nm) en de golflengte zonder dispersie (1300 nm) van optische vezelcommunicatie, en TDFA werkt in de S-band, die zeer geschikt zijn voor toepassingen in optische vezelcommunicatiesystemen. Vooral EDFA, de snelst ontwikkelde technologie, is praktisch gebleken.
DePprincipe van EDFA
De basisstructuur van EDFA is weergegeven in Figuur 1(a). Deze bestaat voornamelijk uit een actief medium (met erbium gedoteerde silicavezel van ongeveer tientallen meters lang, met een kerndiameter van 3-5 micron en een doteringsconcentratie van (25-1000)x10-6), een pomplichtbron (990 of 1480 nm LD), een optische koppelaar en een optische isolator. Signaallicht en pomplicht kunnen zich in dezelfde richting (codirectioneel pompen), in tegengestelde richting (reverse pumping) of in beide richtingen (bidirectioneel pompen) voortplanten in de erbiumvezel. Wanneer het signaallicht en het pomplicht tegelijkertijd in de erbiumvezel worden geïnjecteerd, worden de erbiumionen onder invloed van het pomplicht tot een hoog energieniveau geëxciteerd (Figuur 1 (b), een systeem met drie niveaus). Vervolgens vervallen ze snel tot het metastabiele energieniveau. Wanneer ze onder invloed van het invallende signaallicht terugkeren naar de grondtoestand, zenden ze fotonen uit die overeenkomen met het signaallicht, waardoor het signaal wordt versterkt. Figuur 1 (c) toont het versterkte spontane-emissiespectrum (ASE) met een grote bandbreedte (tot 20-40 nm) en twee pieken die respectievelijk overeenkomen met 1530 nm en 1550 nm.
De belangrijkste voordelen van EDFA zijn een hoge versterking, grote bandbreedte, hoog uitgangsvermogen, hoge pompefficiëntie, laag invoegverlies en ongevoeligheid voor de polarisatiestatus.
2. Problemen met glasvezelversterkers
Hoewel de optische versterker (met name EDFA) veel opmerkelijke voordelen heeft, is het geen ideale versterker. Naast de extra ruis die de signaal-ruisverhouding (SNR) van het signaal vermindert, zijn er enkele andere tekortkomingen, zoals:
- Ongelijkmatigheid van het versterkingsspectrum binnen de versterkerbandbreedte heeft invloed op de versterkingsprestaties van meerdere kanalen;
- Wanneer optische versterkers in cascade worden geschakeld, zullen de effecten van ASE-ruis, vezeldispersie en niet-lineaire effecten zich ophopen.
Met deze kwesties moet rekening worden gehouden bij het ontwerp van de applicatie en het systeem.
3. Toepassing van een optische versterker in een optisch glasvezelcommunicatiesysteem
In het optische glasvezelcommunicatiesysteem is deVezeloptische versterkerkan niet alleen worden gebruikt als een vermogensverhogende versterker van de zender om het zendvermogen te vergroten, maar ook als een voorversterker van de ontvanger om de ontvangstgevoeligheid te verbeteren, en kan ook de traditionele optisch-elektrische-optische repeater vervangen om de transmissieafstand te vergroten en volledig optische communicatie te realiseren.
In glasvezelcommunicatiesystemen zijn het verlies en de dispersie van de glasvezel de belangrijkste factoren die de transmissieafstand beperken. Bij gebruik van een lichtbron met een smal spectrum, of bij gebruik van een lichtbron met een golflengte van bijna nuldispersie, is de invloed van de glasvezeldispersie gering. Dit systeem hoeft geen volledige signaaltimingregeneratie (3R-relais) uit te voeren op elk relaisstation. Het is voldoende om het optische signaal rechtstreeks te versterken met een optische versterker (1R-relais). Optische versterkers kunnen niet alleen worden gebruikt in langeafstandsnetwerken, maar ook in glasvezeldistributienetwerken, met name in WDM-systemen, om meerdere kanalen tegelijkertijd te versterken.
1) Toepassing van optische versterkers in glasvezelcommunicatiesystemen
Figuur 2 is een schema van de toepassing van de optische versterker in het trunk-glasvezelcommunicatiesysteem. (a) De afbeelding laat zien dat de optische versterker wordt gebruikt als de vermogensversterker van de zender en de voorversterker van de ontvanger, waardoor de afstand tussen de zender en de ontvanger wordt verdubbeld. Door bijvoorbeeld EDFA te gebruiken, kan de transmissie van het systeem worden verdubbeld. De afstand van 1,8 Gb/s neemt toe van 120 km tot 250 km of bereikt zelfs 400 km. Figuur 2 (b)-(d) toont de toepassing van optische versterkers in multi-relay systemen; Figuur (b) toont de traditionele 3R-relay modus; Figuur (c) toont de gemengde relay modus van 3R repeaters en optische versterkers; Figuur 2 (d) Dit is een volledig optische relay modus; in een volledig optisch communicatiesysteem bevat het geen timing- en regeneratiecircuits, dus is het bittransparant en is er geen "elektronische fleswhisker" beperking. Zolang de zend- en ontvangstapparatuur aan beide uiteinden wordt vervangen, is het eenvoudig om te upgraden van een lage snelheid naar een hoge snelheid, en hoeft de optische versterker niet te worden vervangen.
2) Toepassing van een optische versterker in een optisch glasvezeldistributienetwerk
De voordelen van het hoge uitgangsvermogen van optische versterkers (vooral EDFA) zijn zeer nuttig in breedbanddistributienetwerken (zoalsCATVNetwerken). Het traditionele CATV-netwerk maakt gebruik van coaxkabel, die elke paar honderd meter moet worden versterkt, en de serviceradius van het netwerk is ongeveer 7 km. Het CATV-netwerk met glasvezel, dat gebruikmaakt van optische versterkers, kan niet alleen het aantal gebruikers aanzienlijk vergroten, maar ook de netwerkafstand aanzienlijk verlengen. Recente ontwikkelingen hebben aangetoond dat de distributie van glasvezel/hybride (HFC) de sterke punten van beide combineert en een sterke concurrentiepositie heeft.
Figuur 4 toont een voorbeeld van een glasvezeldistributienetwerk voor AM-VSB-modulatie van 35 tv-kanalen. De lichtbron van de zender is een DFB-LD met een golflengte van 1550 nm en een uitgangsvermogen van 3,3 dBm. Met een 4-niveau EDFA als vermogensdistributieversterker bedraagt het ingangsvermogen ongeveer -6 dBm en het uitgangsvermogen ongeveer 13 dBm. De gevoeligheid van de optische ontvanger is -9,2 dBm. Na 4 distributieniveaus bedraagt het totale aantal gebruikers 4,2 miljoen en is het netwerkpad meer dan tientallen kilometers lang. De gewogen signaal-ruisverhouding van de test was groter dan 45 dB en EDFA veroorzaakte geen verlaging van de CSO.
Plaatsingstijd: 23-04-2023