1. Classificatie vanFiberAversterkers
Er zijn drie hoofdtypen optische versterkers:
(1) Halfgeleider optische versterker (SOA, halfgeleider optische versterker);
(2) Optische vezelversterkers gedoteerd met zeldzame aardelementen (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, enz.), voornamelijk met erbium gedoteerde vezelversterkers (EDFA), evenals met thulium gedoteerde vezelversterkers (TDFA) en praseodymium-gedoteerde vezelversterkers (PDFA), enz.
(3) Niet-lineaire vezelversterkers, voornamelijk vezel Raman-versterkers (FRA, Fiber Raman Amplifier).De belangrijkste prestatievergelijking van deze optische versterkers wordt weergegeven in de tabel
EDFA (Erbium gedoteerde vezelversterker)
Een lasersysteem met meerdere niveaus kan worden gevormd door de kwartsvezel te doteren met zeldzame aardelementen (zoals Nd, Er, Pr, Tm, enz.), En het ingangssignaallicht wordt direct versterkt onder invloed van het pomplicht.Na het geven van de juiste feedback wordt een fiberlaser gevormd.De werkgolflengte van de Nd-gedoteerde vezelversterker is 1060 nm en 1330 nm, en de ontwikkeling en toepassing ervan zijn beperkt vanwege afwijkingen van de beste sink-poort van glasvezelcommunicatie en andere redenen.De bedrijfsgolflengten van EDFA en PDFA bevinden zich respectievelijk in het venster met het laagste verlies (1550 nm) en de nuldispersiegolflengte (1300 nm) van optische vezelcommunicatie, en TDFA werkt in de S-band, die zeer geschikt is voor toepassingen op het gebied van optische vezelcommunicatiesystemen. .Vooral EDFA, de snelste ontwikkeling, is praktisch gebleken.
DePprincipe van EDFA
De basisstructuur van EDFA wordt weergegeven in figuur 1(a), dat hoofdzakelijk bestaat uit een actief medium (erbium-gedoteerde silicavezel van ongeveer tientallen meters lang, met een kerndiameter van 3-5 micron en een doteringsconcentratie van (25 -1000)x10-6), pomplichtbron (990 of 1480 nm LD), optische koppeling en optische isolator.Signaallicht en pomplicht kunnen zich in dezelfde richting (codirectioneel pompen), tegengestelde richtingen (omgekeerd pompen) of beide richtingen (bidirectioneel pompen) in de erbiumvezel voortplanten.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), en snel vervalt naar het metastabiele energieniveau, wanneer het terugkeert naar de grondtoestand onder invloed van het invallende signaallicht, zendt het fotonen uit die overeenkomen met het signaallicht, zodat het signaal wordt versterkt.Figuur 1 (c) is het versterkte spontane emissie (ASE) spectrum met een grote bandbreedte (tot 20-40 nm) en twee pieken die overeenkomen met respectievelijk 1530 nm en 1550 nm.
De belangrijkste voordelen van EDFA zijn hoge versterking, grote bandbreedte, hoog uitgangsvermogen, hoge pompefficiëntie, laag invoegverlies en ongevoeligheid voor polarisatietoestanden.
2. Problemen met glasvezelversterkers
Hoewel de optische versterker (vooral EDFA) veel opvallende voordelen heeft, is het geen ideale versterker.Naast de extra ruis die de SNR van het signaal vermindert, zijn er nog enkele andere tekortkomingen, zoals:
- Ongelijkmatigheid van het versterkingsspectrum binnen de bandbreedte van de versterker beïnvloedt de meerkanaalsversterkingsprestaties;
- Wanneer optische versterkers in cascade worden geschakeld, stapelen de effecten van ASE-ruis, vezelverspreiding en niet-lineaire effecten zich op.
Met deze kwesties moet rekening worden gehouden bij het ontwerpen van toepassingen en systemen.
3. Toepassing van optische versterker in optische vezelcommunicatiesysteem
In het optische vezelcommunicatiesysteem wordt deVezel optische versterkerkan niet alleen worden gebruikt als powerboost-versterker van de zender om het zendvermogen te vergroten, maar ook als voorversterker van de ontvanger om de ontvangstgevoeligheid te verbeteren, en kan ook de traditionele optisch-elektrisch-optische repeater vervangen om de transmissie uit te breiden afstand nemen en volledig optische communicatie realiseren.
In communicatiesystemen met optische vezels zijn de belangrijkste factoren die de transmissieafstand beperken het verlies en de verspreiding van de optische vezel.Bij gebruik van een lichtbron met een smal spectrum, of werkend in de buurt van de nul-dispersiegolflengte, is de invloed van vezeldispersie klein.Dit systeem hoeft geen volledige regeneratie van de signaaltiming (3R-relais) uit te voeren op elk relaisstation.Het is voldoende om het optische signaal direct te versterken met een optische versterker (1R-relais).Optische versterkers kunnen niet alleen worden gebruikt in trunksystemen over lange afstanden, maar ook in distributienetwerken voor optische vezels, vooral in WDM-systemen, om meerdere kanalen tegelijkertijd te versterken.
1) Toepassing van optische versterkers in optische vezelcommunicatiesystemen
Figuur 2 is een schematisch diagram van de toepassing van de optische versterker in het optische vezelcommunicatiesysteem van de trunk.(a) de afbeelding laat zien dat de optische versterker wordt gebruikt als powerboost-versterker van de zender en als voorversterker van de ontvanger, zodat de niet-relaisafstand wordt verdubbeld.Bijvoorbeeld het adopteren van EDFA, de systeemtransmissie De afstand van 1,8 Gb/s neemt toe van 120 km naar 250 km of bereikt zelfs 400 km.Figuur 2 (b)-(d) is de toepassing van optische versterkers in systemen met meerdere relais;Figuur (b) is de traditionele 3R-relaismodus;Figuur (c) is de gemengde relaismodus van 3R-repeaters en optische versterkers;Figuur 2 (d) Het is een volledig optische relaismodus;in een volledig optisch communicatiesysteem bevat het geen timing- en regeneratiecircuits, dus het is bittransparant en er is geen beperking voor "elektronische fleswhisker".Zolang de zend- en ontvangstapparatuur aan beide uiteinden wordt vervangen, is het eenvoudig om van een laag tarief naar een hoog tarief te upgraden en hoeft de optische versterker niet te worden vervangen.
2) Toepassing van optische versterkers in optische vezeldistributienetwerken
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 bedraagt ongeveer 7 km.Het optische vezel CATV-netwerk dat gebruik maakt van optische versterkers kan niet alleen het aantal gedistribueerde gebruikers aanzienlijk vergroten, maar ook het netwerkpad aanzienlijk uitbreiden.Recente ontwikkelingen hebben aangetoond dat de distributie van optische vezel/hybride (HFC) de sterke punten van beide bundelt en over een sterk concurrentievermogen beschikt.
Figuur 4 is een voorbeeld van een distributienetwerk voor optische vezels voor AM-VSB-modulatie van 35 tv-kanalen.De lichtbron van de zender is DFB-LD met een golflengte van 1550 nm en een uitgangsvermogen van 3,3 dBm.Door EDFA met 4 niveaus als stroomverdelingsversterker te gebruiken, bedraagt het ingangsvermogen ongeveer -6 dBm en het uitgangsvermogen ongeveer 13 dBm.Gevoeligheid optische ontvanger -9,2d Bm.Na 4 distributieniveaus heeft het totale aantal gebruikers 4,2 miljoen bereikt en is het netwerkpad meer dan tientallen kilometers.De gewogen signaal-ruisverhouding van de test was groter dan 45 dB, en EDFA veroorzaakte geen vermindering van de CSO.
Posttijd: 23 april 2023