1. Klassifizierung vonFiberAMplifiers
Es gibt drei Haupttypen optischer Verstärker:
(1) optischer Halbleiter -Verstärker (SOA, optischer Halbleiter -Verstärker);
(2) Optische Faserverstärker mit Seltenerdelementen (Erbium ER, Thulium TM, Praseodym PR, Rubidium ND usw.), hauptsächlich von Erbium-dotierte Faserverstärker (Verstärker (EDFA) sowie Thulium-dotierte Faserverstärker (TDFA) und Praseodym-dotierte Faserverstärker (PDFA) usw.
(3) Nichtlineare Faserverstärker, hauptsächlich Faser -Raman -Verstärker (FRA, Faser -Raman -Verstärker). Der Hauptleistungsvergleich dieser optischen Verstärker ist in der Tabelle gezeigt
EDFA (Erbium dotiert Faserverstärker)
Ein mehrstufiges Lasersystem kann gebildet werden, indem die Quarzfaser mit Seltenerdelementen (wie ND, ER, PR, TM usw.) dotiert wird, und das Eingangssignallicht wird direkt unter der Wirkung des Pumpenlichts verstärkt. Nach der Bereitstellung geeigneter Feedback wird ein Faserlaser gebildet. Die Arbeitswellenlänge des ND-dotierten Faserverstärkers beträgt 1060 nm und 1330 nm, und seine Entwicklung und Anwendung sind aufgrund der Abweichung vom besten Sink-Port der Glasfaserkommunikation und anderer Gründe begrenzt. Die operativen Wellenlängen von EDFA und PDFA liegen jeweils im Fenster des niedrigsten Verlusts (1550 nm) und der Null-Dispersionswellenlänge (1300 nm) der optischen Faserkommunikation, und TDFA arbeitet in der S-Band, die für Anwendungen des optischen Faserkommunikationssystems sehr geeignet sind. Insbesondere EDFA, die schnellste Entwicklung, war praktisch.
DerPRinzip von EDFA
Die Grundstruktur von EDFA ist in Abbildung 1 (a) gezeigt, die hauptsächlich aus einem aktiven Medium (Erbium-dotierte Silica-Faser etwa Zehn Meter lang ist, mit einem Kerndurchmesser von 3-5 Mikrometern und einer Dopingkonzentration von (25-1000) x10-6), Pumplicht (990 oder 1480nm ld), OPTICAL COUPLER und OPTICAL ISCOUL. Signallicht und Pumplicht können sich in die gleiche Richtung (kodirektionale Pumpe), entgegengesetzte Richtungen (Rückwärtspumpen) oder beide Richtungen (bidirektionales Pumpen) in der Erbiumfaser ausbreiten. Wenn das Signallicht und das Pumpenlicht gleichzeitig in die Erbiumfaser injiziert werden, werden die Erbiumionen unter der Wirkung des Pumpenlichts auf ein hohes Energieniveau angeregt (Abbildung 1 (b), ein System mit drei Ebenen), und schnell zerfallen schnell das metastabile Energieniveau, wenn es zu Grundzustand zurückkehrt. Der Vorfall-Signal Licht leitet das Signal. Abbildung 1 (c) ist sein amplifiziertes Spontaneous-Emissionsspektrum (ASE) mit einer großen Bandbreite (bis zu 20-40 nm) und zwei Peaks, die 1530 nm bzw. 1550 nm entsprechen.
Die Hauptvorteile von EDFA sind eine hohe Verstärkung, eine große Bandbreite, eine hohe Ausgangsleistung, eine hohe Pumpeeffizienz, einen niedrigen Einfügungsverlust und die Unempfindlichkeit gegenüber dem Polarisationszustand.
2. Probleme mit Glasfaserverstärkern
Obwohl der optische Verstärker (insbesondere der EDFA) viele herausragende Vorteile hat, ist er kein idealer Verstärker. Zusätzlich zu dem zusätzlichen Rauschen, das das SNR des Signals reduziert, gibt es einige andere Mängel, wie z. B.:
- Unsicherheit des Verstärkungsspektrums innerhalb der Verstärkerbandbreite beeinflusst die Leistung der Mehrkanalverstärkung;
- Wenn optische Verstärker kaskadiert werden, sammeln sich die Auswirkungen von ASE -Rauschen, Faserdispersion und nichtlinearen Effekten an.
Diese Probleme müssen bei der Anwendung und des Systemdesigns berücksichtigt werden.
3. Anwendung des optischen Verstärkers im optischen Faserkommunikationssystem
Im Kommunikationssystem der optischen Glasfaser, dieGlasfaserverstärkerKann nicht nur als Stromverstärker des Senders verwendet werden, um die Übertragungsleistung zu erhöhen, sondern auch als Vorverstärker des Empfängers, um die Empfindlichkeit zu verbessern, und kann auch die traditionelle optisch-elektrisch-optische Repeater ersetzen, um die Übertragungsentfernung zu erweitern und die gesamte optische Kommunikation zu realisieren.
In den optischen Faserkommunikationssystemen sind die Hauptfaktoren, die den Übertragungsabstand einschränken, der Verlust und die Dispersion der optischen Faser. Unter Verwendung einer schmalen Spektrum-Lichtquelle oder der Arbeit in der Nähe der Null-Dispersionswellenlänge ist der Einfluss der Faserdispersion gering. Dieses System muss an jeder Relaisstation keine vollständige Signal -Timing -Regeneration (3. Relais) durchführen. Es reicht aus, das optische Signal mit einem optischen Verstärker (1R -Relais) direkt zu verstärken. Optische Verstärker können nicht nur in Fernstammsystemen, sondern auch in optischen Faserverteilungsnetzwerken, insbesondere in WDM-Systemen, verwendet werden, um mehrere Kanäle gleichzeitig zu verstärken.
1) Anwendung von optischen Verstärkern in Kofferraum -Glasfaserkommunikationssystemen
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm der Anwendung des optischen Verstärkers im Trunk -Faserkommunikationssystem. (a) Das Bild zeigt, dass der optische Verstärker als Leistungsschubverstärker des Senders und der Vorverstärker des Empfängers verwendet wird, damit sich der Nicht-Relay-Abstand verdoppelt. Zum Beispiel die Annahme von EDFA, die Systemübertragung Die Entfernung von 1,8 GB/s steigt von 120 km auf 250 km oder erreicht sogar 400 km. Abbildung 2 (b)-(d) ist die Anwendung von optischen Verstärkern in mehreren Relaysystemen; Abbildung (b) ist der traditionelle 3R -Relaismodus; Abbildung (c) ist der gemischte Relaismodus von 3R -Repeatern und optischen Verstärkern; Abbildung 2 (d) Es handelt sich um einen All-optischen Relaismodus; In einem all-optischen Kommunikationssystem enthält es keine Timing- und Regenerationsschaltkreise, sodass es bittransparent ist, und es gibt keine Einschränkung des „elektronischen Flaschen Whisker“. Solange die Send- und Empfangsausrüstung an beiden Enden ersetzt wird, ist es einfach, von einer niedrigen Rate auf eine hohe Rate zu aktualisieren, und der optische Verstärker muss nicht ersetzt werden.
2) Anwendung des optischen Verstärkers im Netzwerk für optische Faserverteilung
Die Vorteile der hohen Leistungen von optischen Verstärkern (insbesondere EDFA) sind in Breitbandverteilungsnetzwerken (wie z. B. sehr nützlichCatvNetzwerke). Das herkömmliche CATV -Netzwerk übernimmt Koaxialkabel, das alle mehrere hundert Meter verstärkt werden muss, und der Service -Radius des Netzwerks beträgt etwa 7 km. Das optische Faser -CATV -Netzwerk, das optische Verstärker verwendet, kann nicht nur die Anzahl der verteilten Benutzer erheblich erhöhen, sondern auch den Netzwerkpfad erheblich erweitern. Jüngste Entwicklungen haben gezeigt, dass die Verteilung von optischen Faser/Hybrid (HFC) die Stärken beider anzieht und eine starke Wettbewerbsfähigkeit hat.
Abbildung 4 ist ein Beispiel für ein optisches Faserverteilungsnetzwerk für die AM-VSB-Modulation von 35 TV-Kanälen. Die Lichtquelle des Senders ist DFB-LD mit einer Wellenlänge von 1550 nm und Ausgangsleistung von 3,3 dbm. Mit 4 -Level -EDFA als Leistungsverteilungsverstärker beträgt die Eingangsleistung etwa -6 dBm und die Ausgangsleistung etwa 13 dBm. Optische Empfängerempfindlichkeit -9.2d Bm. Nach 4 Ausschüttungsebenen hat die Gesamtzahl der Benutzer 4,2 Millionen erreicht, und der Netzwerkpfad ist mehr als zehn Kilometer. Das gewichtete Signal-Rausch-Verhältnis des Tests war größer als 45 dB, und EDFA führte zu einer Verringerung der CSO.
Postzeit: Apr-23-2023