1. Clasificación deFIberAMplificadores
Hai tres tipos principais de amplificadores ópticos:
(1) amplificador óptico de semiconductor (SOA, amplificador óptico de semiconductor);
(2) Os amplificadores de fibra óptica dopados con elementos da Terra rara (Erbium ER, Thulium TM, PRaseodymium PR, Rubidium ND, etc.), principalmente amplificadores de fibra dopados por erbio (EDFA), así como amplificadores de fibra dopados por tulio (TDFA) e amplificadores de fibra dopados por praseodimio (PDFA), etc.
(3) Amplificadores de fibra non lineais, principalmente amplificadores de Raman de fibra (FRA, amplificador de fibra Raman). A principal comparación de rendemento destes amplificadores ópticos móstrase na táboa
EDFA (amplificador de fibra dopada por Erbium)
Un sistema láser de varios niveis pode formarse dopando a fibra de cuarzo con elementos de terra rara (como ND, ER, PR, TM, etc.), e a luz do sinal de entrada amplifícase directamente baixo a acción da luz da bomba. Despois de proporcionar comentarios adecuados, fórmase un láser de fibra. A lonxitude de onda de traballo do amplificador de fibra dopada por ND é de 1060 nm e 1330 nm, e o seu desenvolvemento e aplicación son limitados debido á desviación do mellor porto de pía de comunicación de fibra óptica e outras razóns. As lonxitudes de onda de funcionamento de EDFA e PDFA están respectivamente na xanela da menor perda (1550 nm) e a lonxitude de onda de dispersión cero (1300 Nm) de comunicación de fibra óptica, e TDFA opera na banda S, moi adecuada para aplicacións do sistema de comunicación de fibra óptica. Especialmente EDFA, o desenvolvemento máis rápido, foi práctico.
OPRinciple de EDFA
A estrutura básica de EDFA móstrase na figura 1 (a), que está composta principalmente por un medio activo (fibra de sílice dopada por erbio sobre decenas de metros de longo, cun diámetro de núcleo de 3-5 micras e unha concentración de dopaxe de (25-1000) X10-6), fonte de luz de bomba (990 ou 1480nM LD), isolador óptico óptico. A luz do sinal e a luz da bomba poden propagarse na mesma dirección (bombeo codireccional), direccións opostas (bombeo inverso) ou ambas direccións (bombeo bidireccional) na fibra de erbio. Cando a luz do sinal e a luz da bomba se inxectan na fibra de erbio ao mesmo tempo, os ións erbium están excitados a un nivel de enerxía elevado baixo a acción da luz da bomba (figura 1 (b), un sistema de tres niveis) e axiña decae aos metastables nivel de enerxía, cando regresa ao estado do chan. A figura 1 (c) é o seu espectro de emisión espontánea amplificado (ASE) cun ancho de banda grande (ata 20-40 nm) e dous picos correspondentes a 1530NM e 1550NM respectivamente.
As principais vantaxes da EDFA son a alta ganancia, o ancho de banda grande, a potencia de alta saída, a alta eficiencia da bomba, a baixa perda de inserción e a insensibilidade ao estado de polarización.
2. Problemas con amplificadores de fibra óptica
Aínda que o amplificador óptico (especialmente EDFA) ten moitas vantaxes pendentes, non é un amplificador ideal. Ademais do ruído adicional que reduce o SNR do sinal, hai outras carencias, como:
- O desnivel do espectro de ganancia dentro do ancho de banda do amplificador afecta ao rendemento de amplificación de varias canles;
- Cando os amplificadores ópticos están en cascada, acumularanse os efectos do ruído ASE, a dispersión de fibras e os efectos non lineais.
Estes problemas deben considerarse no deseño de aplicacións e sistemas.
3. Aplicación do amplificador óptico no sistema de comunicación de fibras ópticas
No sistema de comunicación de fibras ópticas, oAmplificador de fibra ópticaPódese usar non só como amplificador de potencia do transmisor para aumentar a potencia de transmisión, senón tamén como preamplificador do receptor para mellorar a sensibilidade receptor, e tamén pode substituír o repetidor tradicional óptico óptico óptico, para ampliar a distancia de transmisión e realizar unha comunicación óptica.
Nos sistemas de comunicación de fibras ópticas, os principais factores que limitan a distancia de transmisión son a perda e a dispersión da fibra óptica. Usando unha fonte de luz de espectro estreito ou traballando preto da lonxitude de onda de dispersión cero, a influencia da dispersión da fibra é pequena. Este sistema non precisa realizar a rexeneración completa do tempo de sinal (relé 3R) en cada estación de relevo. É suficiente amplificar directamente o sinal óptico cun amplificador óptico (relé 1R). Os amplificadores ópticos pódense usar non só nos sistemas de tronco de longa distancia, senón tamén en redes de distribución de fibras ópticas, especialmente nos sistemas WDM, para amplificar varias canles simultaneamente.
1) Aplicación de amplificadores ópticos nos sistemas de comunicación de fibra óptica do tronco
A figura 2 é un diagrama esquemático da aplicación do amplificador óptico no sistema de comunicación de fibra óptica do tronco. (a) A imaxe mostra que o amplificador óptico se usa como amplificador de potencia de potencia do transmisor e o preamplificador do receptor de xeito que se duplica a distancia que non se atopa. Por exemplo, adoptando EDFA, a transmisión do sistema A distancia de 1,8 GB/s aumenta de 120 km a 250 km ou incluso alcanza os 400 km. A figura 2 (b)-(d) é a aplicación de amplificadores ópticos en sistemas multi-rebeldes; A figura (b) é o modo tradicional do relé 3R; A figura (c) é o modo de relé mixto de repetidores 3R e amplificadores ópticos; A figura 2 (d) é un modo de relevo óptico; Nun sistema de comunicación óptica, non inclúe circuítos de cronometraxe e rexeneración, polo que é transparente de bits, e non hai restrición de "bigote de botella electrónica". Sempre que se substitúa o equipo de envío e recepción nos dous extremos, é fácil de actualizar dunha taxa baixa a unha taxa elevada e non é necesario substituír o amplificador óptico.
2) Aplicación do amplificador óptico na rede de distribución de fibras ópticas
As vantaxes de alta potencia dos amplificadores ópticos (especialmente EDFA) son moi útiles nas redes de distribución de banda ancha (por exemploCatvRedes). A rede tradicional CATV adopta un cable coaxial, que debe amplificarse cada varios centos de metros, e o radio de servizo da rede é de aproximadamente 7 km. A rede CATV de fibra óptica usando amplificadores ópticos non só pode aumentar enormemente o número de usuarios distribuídos, senón que tamén amplían moito a ruta da rede. Os desenvolvementos recentes demostraron que a distribución de fibra óptica/híbrido (HFC) extrae os puntos fortes de ambos e ten unha forte competitividade.
A figura 4 é un exemplo dunha rede de distribución de fibras ópticas para a modulación AM-VSB de 35 canles de TV. A fonte de luz do transmisor é DFB-LD cunha lonxitude de onda de 1550 nm e potencia de saída de 3,3dBm. Usando EDFA de 4 niveis como amplificador de distribución de enerxía, a súa potencia de entrada é de aproximadamente -6dBM e a súa potencia de saída é de aproximadamente 13dBm. Sensibilidade do receptor óptico -9.2d BM. Despois de 4 niveis de distribución, o número total de usuarios alcanzou os 4,2 millóns e a ruta da rede é máis que decenas de quilómetros. A relación sinal-ruído ponderada da proba foi superior a 45dB, e EDFA non causou unha redución da CSO.
Tempo post: 23-2023 de abril