1. Clasificación deFiberAamplificadores
Hai tres tipos principais de amplificadores ópticos:
(1) Amplificador óptico de semicondutores (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Amplificadores de fibra óptica dopadas con elementos de terras raras (erbio Er, tulio Tm, praseodimio Pr, rubidio Nd, etc.), principalmente amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA), así como amplificadores de fibra dopada con tulio (TDFA) e amplificadores de fibra dopada con praseodimio (PDFA), etc.
(3) Amplificadores de fibra non lineal, principalmente amplificadores de fibra Raman (FRA, Fiber Raman Amplifier). A principal comparación de rendemento destes amplificadores ópticos móstrase na táboa
EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio)
Pódese formar un sistema láser de varios niveis dopando a fibra de cuarzo con elementos de terras raras (como Nd, Er, Pr, Tm, etc.), e a luz do sinal de entrada amplícase directamente baixo a acción da luz da bomba. Despois de proporcionar unha retroalimentación adecuada, fórmase un láser de fibra. A lonxitude de onda de traballo do amplificador de fibra dopada con Nd é de 1060 nm e 1330 nm, e o seu desenvolvemento e aplicación están limitados debido á desviación do mellor porto sumidoiro de comunicación por fibra óptica e outras razóns. As lonxitudes de onda operativas de EDFA e PDFA atópanse respectivamente na xanela da menor perda (1550 nm) e a lonxitude de onda de dispersión cero (1300 nm) da comunicación por fibra óptica, e TDFA opera na banda S, que son moi adecuadas para aplicacións de sistemas de comunicación de fibra óptica. . Especialmente EDFA, o desenvolvemento máis rápido, foi práctico.
OPprincipio de EDFA
A estrutura básica do EDFA móstrase na Figura 1(a), que está composta principalmente por un medio activo (fibra de sílice dopada con erbio dunhas decenas de metros de lonxitude, cun diámetro de núcleo de 3-5 micras e unha concentración de dopaxe de (25). -1000)x10-6), fonte de luz da bomba (990 ou 1480nm LD), acoplador óptico e illante óptico. A luz de sinal e a luz da bomba poden propagarse na mesma dirección (bombeo codireccional), direccións opostas (bombeo inverso) ou en ambas direccións (bombeo bidireccional) na fibra de erbio. Cando a luz de sinal e a luz da bomba se inxectan na fibra de erbio ao mesmo tempo, os ións de erbio son excitados a un alto nivel de enerxía baixo a acción da luz da bomba (Figura 1 (b), un sistema de tres niveis), e decae rapidamente ata o nivel de enerxía metaestable, cando volve ao estado fundamental baixo a acción da luz de sinal incidente, emite fotóns correspondentes á luz de sinal, polo que o sinal é amplificado. A figura 1 (c) é o seu espectro de emisión espontánea amplificada (ASE) cun gran ancho de banda (ata 20-40nm) e dous picos correspondentes a 1530nm e 1550nm respectivamente.
As principais vantaxes de EDFA son a alta ganancia, gran ancho de banda, alta potencia de saída, alta eficiencia da bomba, baixa perda de inserción e insensibilidade ao estado de polarización.
2. Problemas cos amplificadores de fibra óptica
Aínda que o amplificador óptico (especialmente EDFA) ten moitas vantaxes destacadas, non é un amplificador ideal. Ademais do ruído adicional que reduce a SNR do sinal, hai outras deficiencias, como:
- A desigualdade do espectro de ganancia dentro do ancho de banda do amplificador afecta o rendemento da amplificación multicanle;
- Cando os amplificadores ópticos están en cascada, acumularanse os efectos do ruído ASE, a dispersión da fibra e os efectos non lineais.
Estas cuestións deben considerarse no deseño da aplicación e do sistema.
3. Aplicación do amplificador óptico no sistema de comunicación de fibra óptica
No sistema de comunicación de fibra óptica, oAmplificador de fibra ópticapódese usar non só como un amplificador de potencia do transmisor para aumentar a potencia de transmisión, senón tamén como un preamplificador do receptor para mellorar a sensibilidade de recepción, e tamén pode substituír o repetidor óptico-eléctrico-óptico tradicional para estender a transmisión. distancia e realizar unha comunicación totalmente óptica.
Nos sistemas de comunicación de fibra óptica, os principais factores que limitan a distancia de transmisión son a perda e 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 de temporización do sinal (relé 3R) en cada estación de retransmisión. É suficiente con amplificar directamente o sinal óptico cun amplificador óptico (relé 1R). Os amplificadores ópticos pódense usar non só en sistemas troncais de longa distancia senón tamén en redes de distribución de fibra óptica, especialmente en sistemas WDM, para amplificar varias canles simultaneamente.
1) Aplicación de amplificadores ópticos en sistemas de comunicación de fibra óptica troncal
A figura 2 é un diagrama esquemático da aplicación do amplificador óptico no sistema de comunicación de fibra óptica troncal. (a) a imaxe mostra que o amplificador óptico utilízase como amplificador de potencia do transmisor e como preamplificador do receptor para que a distancia sen relé se duplique. Por exemplo, adoptando EDFA, o sistema de transmisión a distancia de 1,8 Gb/s aumenta de 120 km a 250 km ou mesmo chega aos 400 km. A figura 2 (b)-(d) é a aplicación de amplificadores ópticos en sistemas de relés múltiples; A figura (b) é o modo de relé 3R tradicional; A figura (c) é o modo de relé mixto dos repetidores 3R e dos amplificadores ópticos; Figura 2 (d) É un modo de relé totalmente óptico; nun sistema de comunicación totalmente óptico, non inclúe circuítos de temporización e rexeneración, polo que é transparente e non hai restrición de "bigote de botella electrónica". Sempre que se substitúa o equipo de envío e recepción en ambos os extremos, é fácil pasar dunha taxa baixa a unha alta e non é necesario substituír o amplificador óptico.
2) Aplicación do amplificador óptico na rede de distribución de fibra óptica
As vantaxes de alta potencia de saída dos amplificadores ópticos (especialmente EDFA) son moi útiles en redes de distribución de banda ancha (comoCATVRedes). A rede tradicional CATV adopta un cable coaxial, que debe ser amplificado cada varios centos de metros, e o radio de servizo da rede é duns 7 km. A rede CATV de fibra óptica que usa amplificadores ópticos non só pode aumentar moito o número de usuarios distribuídos, senón que tamén pode ampliar moito o camiño da rede. Os desenvolvementos recentes demostraron que a distribución de fibra óptica/híbrido (HFC) atrae os puntos fortes de ambos e ten unha forte competitividade.
A figura 4 é un exemplo dunha rede de distribución de fibra óptica 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 unha potencia de saída de 3,3 dBm. Usando EDFA de 4 niveis como amplificador de distribución de enerxía, a súa potencia de entrada é duns -6 dBm e a súa potencia de saída é duns 13 dBm. Sensibilidade do receptor óptico -9,2d Bm. Despois de 4 niveis de distribución, o número total de usuarios alcanzou os 4,2 millóns, e o camiño da rede é de máis de decenas de quilómetros. A relación sinal-ruído ponderada da proba foi superior a 45 dB e EDFA non provocou unha redución do CSO.
Hora de publicación: 23-Abr-2023