1. Pag-uuri ngFiberAmga amplifier
Mayroong tatlong pangunahing uri ng mga optical amplifier:
(1) Semiconductor Optical Amplifier (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Optical fiber amplifiers doped na may mga rare earth elements (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, atbp.), higit sa lahat erbium-doped fiber amplifier (EDFA), pati na rin ang thulium-doped fiber amplifier (TDFA) at praseodymium-doped fiber amplifier (PDFA), atbp.
(3) Nonlinear fiber amplifier, higit sa lahat fiber Raman amplifier (FRA, Fiber Raman Amplifier).Ang pangunahing paghahambing ng pagganap ng mga optical amplifier na ito ay ipinapakita sa talahanayan
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
Ang isang multi-level na laser system ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng doping ng quartz fiber na may mga rare earth elements (tulad ng Nd, Er, Pr, Tm, atbp.), at ang input signal light ay direktang pinalalakas sa ilalim ng pagkilos ng pump light.Pagkatapos magbigay ng naaangkop na feedback, isang fiber laser ang nabuo.Ang gumaganang wavelength ng Nd-doped fiber amplifier ay 1060nm at 1330nm, at ang pag-unlad at aplikasyon nito ay limitado dahil sa paglihis mula sa pinakamahusay na sink port ng fiber optic na komunikasyon at iba pang mga dahilan.Ang operating wavelength ng EDFA at PDFA ay ayon sa pagkakabanggit sa window ng pinakamababang pagkawala (1550nm) at zero dispersion wavelength (1300nm) ng optical fiber communication, at ang TDFA ay gumagana sa S-band, na napaka-angkop para sa optical fiber communication system applications. .Lalo na ang EDFA, ang pinakamabilis na pag-unlad, ay naging praktikal.
AngPdetalye ng EDFA
Ang pangunahing istraktura ng EDFA ay ipinapakita sa Figure 1(a), na pangunahing binubuo ng isang aktibong medium (erbium-doped silica fiber na halos sampu-sampung metro ang haba, na may core diameter na 3-5 microns at doping concentration na (25). -1000)x10-6), pump light source (990 o 1480nm LD), optical coupler at optical isolator.Ang signal light at pump light ay maaaring magpalaganap sa parehong direksyon (codirectional pumping), magkasalungat na direksyon (reverse pumping) o parehong direksyon (bidirectional pumping) sa erbium fiber.Kapag ang signal light at ang pump light ay na-injected sa erbium fiber sa parehong oras, ang erbium ions ay nasasabik sa isang mataas na antas ng enerhiya sa ilalim ng pagkilos ng pump light (Figure 1 (b), isang tatlong-level na sistema), at mabilis na nabubulok sa metastable na antas ng enerhiya, kapag bumalik ito sa ground state sa ilalim ng pagkilos ng ilaw ng signal ng insidente, naglalabas ito ng mga photon na naaayon sa signal light, upang ang signal ay lumakas.Ang Figure 1 (c) ay ang amplified spontaneous emission (ASE) spectrum nito na may malaking bandwidth (hanggang 20-40nm) at dalawang peak na tumutugma sa 1530nm at 1550nm ayon sa pagkakabanggit.
Ang mga pangunahing bentahe ng EDFA ay mataas na pakinabang, malaking bandwidth, mataas na output power, mataas na pump efficiency, mababang insertion loss, at insensitivity sa polarization state.
2. Mga problema sa Fiber Optical Amplifier
Bagaman ang optical amplifier (lalo na ang EDFA) ay may maraming natitirang mga pakinabang, ito ay hindi isang perpektong amplifier.Bilang karagdagan sa karagdagang ingay na nagpapababa sa SNR ng signal, may ilang iba pang mga pagkukulang, tulad ng:
- Ang hindi pantay ng gain spectrum sa loob ng amplifier bandwidth ay nakakaapekto sa multi-channel amplification performance;
- Kapag ang mga optical amplifiers ay na-cascade, ang mga epekto ng ingay ng ASE, pagpapakalat ng hibla at mga nonlinear na epekto ay maiipon.
Ang mga isyung ito ay dapat isaalang-alang sa aplikasyon at disenyo ng system.
3. Application ng Optical Amplifier sa Optical Fiber Communication System
Sa optical fiber communication system, angFiber Optical Amplifieray maaaring gamitin hindi lamang bilang power boost amplifier ng transmitter upang mapataas ang transmission power, kundi pati na rin bilang preamplifier ng receiver para mapabuti ang receiving sensitivity, at maaari ding palitan ang tradisyunal na optical-electrical-optical repeater, upang mapalawak ang transmission distansya at mapagtanto ang lahat-ng-optical na komunikasyon.
Sa mga sistema ng komunikasyon ng optical fiber, ang pangunahing mga kadahilanan na naglilimita sa distansya ng paghahatid ay ang pagkawala at pagpapakalat ng optical fiber.Gamit ang isang makitid na spectrum na pinagmumulan ng liwanag, o nagtatrabaho malapit sa zero-dispersion wavelength, maliit ang impluwensya ng fiber dispersion.Ang sistemang ito ay hindi kailangang magsagawa ng kumpletong pagbabago ng timing ng signal (3R relay) sa bawat istasyon ng relay.Ito ay sapat na upang direktang palakasin ang optical signal gamit ang isang optical amplifier (1R relay).Maaaring gamitin ang mga optical amplifiers hindi lamang sa mga long-distance trunk system kundi pati na rin sa mga optical fiber distribution network, lalo na sa WDM system, upang palakasin ang maramihang mga channel nang sabay-sabay.
1) Application ng Optical Amplifier sa Trunk Optical Fiber Communication System
Ang Fig. 2 ay isang schematic diagram ng application ng optical amplifier sa trunk optical fiber communication system.(a) ipinapakita ng larawan na ang optical amplifier ay ginagamit bilang power boost amplifier ng transmitter at ang preamplifier ng receiver upang ang di-relay na distansya ay madoble.Halimbawa, ang pag-ampon ng EDFA, ang system transmission ang distansya ng 1.8Gb/s ay tumataas mula 120km hanggang 250km o kahit na umabot sa 400km.Ang Figure 2 (b)-(d) ay ang aplikasyon ng mga optical amplifier sa mga multi-relay system;Ang Figure (b) ay ang tradisyonal na 3R relay mode;Ang Figure (c) ay ang mixed relay mode ng 3R repeater at optical amplifier;Figure 2 (d) Ito ay isang all-optical relay mode;sa isang all-optical na sistema ng komunikasyon, hindi ito kasama ang timing at pagbabagong-buhay na mga circuit, kaya ito ay medyo transparent, at walang "electronic bottle whisker" na paghihigpit.Hangga't ang pagpapadala at pagtanggap ng kagamitan sa magkabilang dulo ay papalitan, Madaling mag-upgrade mula sa mababang rate patungo sa mataas na rate, at hindi kailangang palitan ang optical amplifier.
2) Application ng Optical Amplifier sa Optical Fiber Distribution Network
Ang mataas na power output na mga bentahe ng optical amplifier (lalo na ang EDFA) ay lubhang kapaki-pakinabang sa mga broadband distribution network (tulad ngCATVMga Network).Ang tradisyunal na network ng CATV ay gumagamit ng coaxial cable, na kailangang palakasin bawat ilang daang metro, at ang radius ng serbisyo ng network ay humigit-kumulang 7km.Ang optical fiber CATV network gamit ang optical amplifiers ay hindi lamang maaaring tumaas nang malaki ang bilang ng mga ibinahagi na gumagamit, ngunit lubos ding mapalawak ang landas ng network.Ipinakita ng mga kamakailang pag-unlad na ang pamamahagi ng optical fiber/hybrid (HFC) ay nakakakuha ng mga lakas ng pareho at may malakas na competitiveness.
Ang Figure 4 ay isang halimbawa ng isang optical fiber distribution network para sa AM-VSB modulation ng 35 channels ng TV.Ang ilaw na pinagmumulan ng transmitter ay DFB-LD na may wavelength na 1550nm at output power na 3.3dBm.Gamit ang 4-level na EDFA bilang power distribution amplifier, ang input power nito ay humigit-kumulang -6dBm, at ang output power nito ay humigit-kumulang 13dBm.Optical receiver sensitivity -9.2d Bm.Pagkatapos ng 4 na antas ng pamamahagi, ang kabuuang bilang ng mga gumagamit ay umabot sa 4.2 milyon, at ang landas ng network ay higit sa sampu-sampung kilometro.Ang weighted signal-to-noise ratio ng pagsubok ay mas malaki sa 45dB, at ang EDFA ay hindi nagdulot ng pagbawas sa CSO.
Oras ng post: Abr-23-2023