1. Classificazione diFiberAmplificatori
Esistono tre tipi principali di amplificatori ottici:
(1) amplificatore ottico a semiconduttore (SOA, amplificatore ottico a semiconduttore);
(2) Amplificatori di fibre ottiche drogate con elementi di terre rare (ERBIO ER, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium ND, ecc.), Principalmente amplificatori in fibra drogati con erbio (Edfa), nonché amplificatori in fibra drogati con tulium (TDFA) e amplificatori in fibra drogati al praseodimio (PDFA), ecc.
(3) amplificatori in fibra non lineari, principalmente amplificatori Raman in fibra (FRA, amplificatore Raman in fibra). Il principale confronto delle prestazioni di questi amplificatori ottici è mostrato nella tabella
EDFA (amplificatore in fibra drogata con droga di Erbio)
Un sistema laser a più livelli può essere formato drogando la fibra di quarzo con elementi della terra rara (come ND, ER, PR, TM, ecc.) E la luce del segnale di ingresso viene amplificata direttamente sotto l'azione della luce della pompa. Dopo aver fornito un feedback adeguato, si forma un laser in fibra. La lunghezza d'onda di lavoro dell'amplificatore in fibra drogata con ND è di 1060 nm e 1330nm e la sua sviluppo e applicazione sono limitate a causa della deviazione dalla migliore porta di comunicazione in fibra ottica e altri motivi. Le lunghezze d'onda operative di EDFA e PDFA sono rispettivamente nella finestra della perdita più bassa (1550nm) e della lunghezza d'onda di dispersione zero (1300 nm) di comunicazione in fibra ottica e TDFA opera nella banda S, che sono molto adatti per le applicazioni del sistema di comunicazione in fibra ottica. Soprattutto EDFA, lo sviluppo più rapido, è stato pratico.
ILPRinceple di EDFA
La struttura di base di EDFA è mostrata nella Figura 1 (a), che è principalmente composta da un mezzo attivo (fibra di silice drogata con erbio lungo decine di metri di lunghezza, con un diametro del nucleo di 3-5 micron e una concentrazione di doping di (25-1000) X10-6), sorgente di luce della pompa (990 o 1480NM LD), accoppiatore ottico e ottico. La luce del segnale e la luce della pompa possono propagare nella stessa direzione (pompaggio in codiirezionale), direzioni opposte (pompaggio inverso) o entrambe le direzioni (pompaggio bidirezionale) nella fibra di erbio. Quando la luce del segnale e la luce della pompa vengono iniettate nella fibra di erbio contemporaneamente, gli ioni Erbio sono eccitati ad un livello di energia elevata sotto l'azione della luce della pompa (Figura 1 (b), un sistema a tre livelli) e decadono rapidamente al livello di energia metastabile, quando ritorna allo stato del suolo sotto l'azione della luce del segnale incidente, emette fotoni per il segnale, così come amplificabile. La Figura 1 (c) è il suo spettro di emissione spontanea amplificata (ASE) con una grande larghezza di banda (fino a 20-40 nm) e due picchi corrispondenti rispettivamente a 1530nm e 1550nm.
I principali vantaggi dell'EDFA sono ad alto guadagno, grande larghezza di banda, potenza di uscita elevata, alta efficienza della pompa, bassa perdita di inserimento e insensibilità allo stato di polarizzazione.
2. Problemi con amplificatori in fibra ottica
Sebbene l'amplificatore ottico (in particolare EDFA) abbia molti vantaggi eccezionali, non è un amplificatore ideale. Oltre al rumore aggiuntivo che riduce lo SNR del segnale, ci sono alcune altre carenze, come ad esempio:
- L'impresa dello spettro di guadagno all'interno della larghezza di banda dell'amplificatore influisce sulle prestazioni di amplificazione multicanale;
- Quando gli amplificatori ottici sono in cascata, gli effetti del rumore ASE, della dispersione delle fibre e degli effetti non lineari si accumuleranno.
Questi problemi devono essere considerati nella progettazione di applicazioni e di sistema.
3. Applicazione dell'amplificatore ottico nel sistema di comunicazione in fibra ottica
Nel sistema di comunicazione in fibra ottica, ilAmplificatore in fibra otticaPuò essere usato non solo come amplificatore di potenziamento del trasmettitore per aumentare la potenza di trasmissione, ma anche come preamplificatore del ricevitore per migliorare la sensibilità ricevente e può anche sostituire il tradizionale ripetitore ottico-elettrico-ottico, per estendere la distanza di trasmissione e realizzare la comunicazione all-ottica.
Nei sistemi di comunicazione in fibra ottica, i principali fattori che limitano la distanza di trasmissione sono la perdita e la dispersione della fibra ottica. Usando una sorgente di luce a spettro a spettro a spettro o lavora vicino alla lunghezza d'onda a dispersione zero, l'influenza della dispersione delle fibre è piccola. Questo sistema non ha bisogno di eseguire la rigenerazione completa del tempismo del segnale (relè 3R) in ciascuna stazione di relè. È sufficiente amplificare direttamente il segnale ottico con un amplificatore ottico (relè 1R). Gli amplificatori ottici possono essere utilizzati non solo nei sistemi di trunk a lunga distanza, ma anche nelle reti di distribuzione delle fibre ottiche, in particolare nei sistemi WDM, per amplificare contemporaneamente più canali.
1) Applicazione di amplificatori ottici nei sistemi di comunicazione in fibra ottica del bagagliaio
La Fig. 2 è un diagramma schematico dell'applicazione dell'amplificatore ottico nel sistema di comunicazione in fibra ottica del tronco. (a) L'immagine mostra che l'amplificatore ottico viene utilizzato come amplificatore di potenziamento del trasmettitore e il preamplificatore del ricevitore in modo che la distanza non relay sia raddoppiata. Ad esempio, adottando EDFA, la trasmissione del sistema La distanza di 1,8 GB/s aumenta da 120 km a 250 km o addirittura raggiunge 400 km. La Figura 2 (b)-(d) è l'applicazione di amplificatori ottici nei sistemi multi-relay; La figura (b) è la tradizionale modalità relè 3R; La figura (c) è la modalità relè mista dei ripetitori 3R e degli amplificatori ottici; Figura 2 (d) È una modalità relè allopicale; In un sistema di comunicazione completamente ottico, non include circuiti di tempistica e rigenerazione, quindi è trasparente bit e non esiste una restrizione di "bottiglia elettronica". Finché viene sostituita l'attrezzatura di invio e ricezione ad entrambe le estremità, è facile aggiornare da un tasso basso a un tasso elevato e non è necessario sostituire l'amplificatore ottico.
2) Applicazione dell'amplificatore ottico nella rete di distribuzione in fibra ottica
I vantaggi ad alta potenza degli amplificatori ottici (in particolare EDFA) sono molto utili nelle reti di distribuzione a banda larga (comeCatvReti). La tradizionale rete CATV adotta il cavo coassiale, che deve essere amplificato ogni centinaio di metri e il raggio di servizio della rete è di circa 7 km. La rete CATV in fibra ottica che utilizza amplificatori ottici può non solo aumentare notevolmente il numero di utenti distribuiti, ma anche ampliare notevolmente il percorso di rete. Recenti sviluppi hanno dimostrato che la distribuzione di fibra ottica/ibrida (HFC) assorbe i punti di forza di entrambi e ha una forte competitività.
La Figura 4 è un esempio di una rete di distribuzione in fibra ottica per la modulazione AM-VSB di 35 canali di TV. La sorgente luminosa del trasmettitore è DFB-LD con una lunghezza d'onda di 1550 nm e una potenza di uscita di 3,3 dbm. Utilizzando EDFA a 4 livelli come amplificatore di distribuzione dell'alimentazione, la sua potenza di input è di circa -6dbm e la sua potenza di uscita è di circa 13dBm. Sensibilità al ricevitore ottico -9.2d BM. Dopo 4 livelli di distribuzione, il numero totale di utenti ha raggiunto 4,2 milioni e il percorso di rete è più di decine di chilometri. Il rapporto segnale-rumore ponderato del test era maggiore di 45 dB e EDFA non ha causato una riduzione del CSO.
Tempo post: aprile-23-2023