1. Klassifikasie vanFiberAversterkers
Daar is drie hooftipes optiese versterkers:
(1) Halfgeleier Optiese Versterker (SOA, Halfgeleier Optiese Versterker);
(2) Optiese veselversterkers gedoteer met seldsame aardelemente (erbium Er, tulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, ens.), hoofsaaklik erbium-gedoteerde veselversterkers (EDFA), sowel as tulium-gedoteerde veselversterkers (TDFA) en praseodymium-gedoteerde veselversterkers (PDFA), ens.
(3) Nie-lineêre veselversterkers, hoofsaaklik vesel-Raman-versterkers (FRA, Vesel-Raman-versterker). Die belangrikste prestasievergelyking van hierdie optiese versterkers word in die tabel getoon.
EDFA (Erbium Gedoteerde Veselversterker)
'n Multivlak-laserstelsel kan gevorm word deur die kwartsvesel met seldsame aardelemente (soos Nd, Er, Pr, Tm, ens.) te doteer, en die insetseinlig word direk versterk onder die werking van die pomplig. Nadat toepaslike terugvoer verskaf is, word 'n vesellaser gevorm. Die werkgolflengte van die Nd-gedoteerde veseleversterker is 1060 nm en 1330 nm, en die ontwikkeling en toepassing daarvan is beperk as gevolg van afwyking van die beste sinkpoort van veseloptiese kommunikasie en ander redes. Die werkgolflengtes van EDFA en PDFA is onderskeidelik in die venster van die laagste verlies (1550 nm) en nul-dispersiegolflengte (1300 nm) van optiese veselkommunikasie, en TDFA werk in die S-band, wat baie geskik is vir optiese veselkommunikasiestelseltoepassings. Veral EDFA, die vinnigste ontwikkeling, was prakties.
DiePBeginsel van EDFA
Die basiese struktuur van EDFA word in Figuur 1(a) getoon, wat hoofsaaklik bestaan uit 'n aktiewe medium (erbium-gedoteerde silikavesel ongeveer tientalle meter lank, met 'n kerndiameter van 3-5 mikron en 'n doteringskonsentrasie van (25-1000)x10-6), pompligbron (990 of 1480nm LD), optiese koppelaar en optiese isolator. Seinlig en pomplig kan in dieselfde rigting (kodireksionele pomping), teenoorgestelde rigtings (omgekeerde pomping) of beide rigtings (tweerigtingpomping) in die erbiumvesel voortplant. Wanneer die seinlig en die pomplig gelyktydig in die erbiumvesel ingespuit word, word die erbiumione onder die werking van die pomplig tot 'n hoë energievlak opgewek (Figuur 1(b), 'n drievlakstelsel), en verval vinnig na die metastabiele energievlak. Wanneer dit onder die werking van die invallende seinlig na die grondtoestand terugkeer, straal dit fotone uit wat ooreenstem met die seinlig, sodat die sein versterk word. Figuur 1 (c) is die versterkte spontane emissie (ASE) spektrum met 'n groot bandwydte (tot 20-40 nm) en twee pieke wat ooreenstem met onderskeidelik 1530 nm en 1550 nm.
Die belangrikste voordele van EDFA is hoë wins, groot bandwydte, hoë uitsetkrag, hoë pompdoeltreffendheid, lae invoegverlies en ongevoeligheid vir polarisasietoestand.
2. Probleme met veseloptiese versterkers
Alhoewel die optiese versterker (veral EDFA) baie uitstaande voordele het, is dit nie 'n ideale versterker nie. Benewens die bykomende geraas wat die SNR van die sein verminder, is daar 'n paar ander tekortkominge, soos:
- Oneweredigheid van die versterkingsspektrum binne die versterkerbandwydte beïnvloed die werkverrigting van meerkanaalsversterking;
- Wanneer optiese versterkers gekaskadeer word, sal die effekte van ASE-geraas, veseldispersie en nie-lineêre effekte ophoop.
Hierdie kwessies moet in ag geneem word in toepassings- en stelselontwerp.
3. Toepassing van Optiese Versterker in Optiese Vesel Kommunikasiestelsel
In die optiese veselkommunikasiestelsel, dieVeseloptiese versterkerkan nie net as 'n kragversterker van die sender gebruik word om die transmissiekrag te verhoog nie, maar ook as 'n voorversterker van die ontvanger om die ontvangsensitiwiteit te verbeter, en kan ook die tradisionele optiese-elektriese-optiese herhaler vervang, om die transmissieafstand te verleng en volledig optiese kommunikasie te verwesenlik.
In optiese vesel-kommunikasiestelsels is die hoof faktore wat die transmissieafstand beperk, die verlies en verspreiding van die optiese vesel. Deur 'n smalspektrum ligbron te gebruik, of naby die nul-dispersie golflengte te werk, is die invloed van veseldispersie klein. Hierdie stelsel hoef nie volledige seintydregenerasie (3R-relais) by elke relaisstasie uit te voer nie. Dit is voldoende om die optiese sein direk met 'n optiese versterker (1R-relais) te versterk. Optiese versterkers kan nie net in langafstand-trunkstelsels gebruik word nie, maar ook in optiese veselverspreidingsnetwerke, veral in WDM-stelsels, om verskeie kanale gelyktydig te versterk.
1) Toepassing van optiese versterkers in optiese veselkommunikasiestelsels vir die hoofstroom
Fig. 2 is 'n skematiese diagram van die toepassing van die optiese versterker in die optiese vesel-kommunikasiestelsel vir die hoofstroom. (a) Die prent wys dat die optiese versterker as die kragversterker van die sender en die voorversterker van die ontvanger gebruik word, sodat die afstand sonder aflos verdubbel word. Byvoorbeeld, deur EDFA aan te neem, word die stelsel se oordrag... 'n Afstand van 1.8 Gb/s neem toe van 120 km tot 250 km of bereik selfs 400 km. Figuur 2 (b)-(d) is die toepassing van optiese versterkers in multi-relaisstelsels; Figuur (b) is die tradisionele 3R-relaismodus; Figuur (c) is die gemengde relaismodus van 3R-herhalers en optiese versterkers; Figuur 2 (d) Dit is 'n volledig optiese relaismodus; in 'n volledig optiese kommunikasiestelsel sluit dit nie tydsberekening- en regenerasiekringe in nie, dus is dit bis-deursigtig, en daar is geen "elektroniese bottelsnor"-beperking nie. Solank die stuur- en ontvangstoerusting aan beide kante vervang word, is dit maklik om op te gradeer van 'n lae tempo na 'n hoë tempo, en die optiese versterker hoef nie vervang te word nie.
2) Toepassing van Optiese Versterker in Optiese Veselverspreidingsnetwerk
Die voordele van hoë kraguitset van optiese versterkers (veral EDFA) is baie nuttig in breëbandverspreidingsnetwerke (soosCATVNetwerke). Die tradisionele CATV-netwerk gebruik koaksiale kabel, wat elke paar honderd meter versterk moet word, en die diensradius van die netwerk is ongeveer 7 km. Die optiese vesel CATV-netwerk wat optiese versterkers gebruik, kan nie net die aantal verspreide gebruikers aansienlik verhoog nie, maar ook die netwerkpad aansienlik uitbrei. Onlangse ontwikkelings het getoon dat die verspreiding van optiese vesel/hibriede (HFC) die sterk punte van beide put en sterk mededingendheid het.
Figuur 4 is 'n voorbeeld van 'n optiese vesel-verspreidingsnetwerk vir AM-VSB-modulasie van 35 TV-kanale. Die ligbron van die sender is DFB-LD met 'n golflengte van 1550 nm en 'n uitsetkrag van 3.3 dBm. Deur 4-vlak EDFA as 'n kragverspreidingsversterker te gebruik, is die insetkrag ongeveer -6 dBm en die uitsetkrag ongeveer 13 dBm. Die optiese ontvangersensitiwiteit is -9.2 d Bm. Na 4 vlakke van verspreiding het die totale aantal gebruikers 4.2 miljoen bereik, en die netwerkpad is meer as tiene kilometers. Die geweegde sein-tot-geraas-verhouding van die toets was groter as 45 dB, en EDFA het nie 'n vermindering in CSO veroorsaak nie.
Plasingstyd: 23 Apr-2023