1. Pag-uuri ngFiberAmga tagapagpalakas
May tatlong pangunahing uri ng optical amplifiers:
(1) Semiconductor Optical Amplifier (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Mga optical fiber amplifier na nilagyan ng mga rare earth elements (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, atbp.), pangunahin nang nilagyan ng erbium-doped fiber amplifiers (EDFA), pati na rin ang mga thulium-doped fiber amplifier (TDFA) at praseodymium-doped fiber amplifier (PDFA), atbp.
(3) Mga nonlinear fiber amplifier, pangunahin na mga 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)
Maaaring mabuo ang isang multi-level laser system sa pamamagitan ng pagdo-dop sa quartz fiber ng mga rare earth elements (tulad ng Nd, Er, Pr, Tm, atbp.), at ang input signal light ay direktang pinapalakas sa ilalim ng aksyon ng pump light. Pagkatapos magbigay ng naaangkop na feedback, isang fiber laser ang nabubuo. Ang working 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 communication at iba pang mga kadahilanan. Ang mga operating wavelength ng EDFA at PDFA ay ayon sa pagkakabanggit sa window ng pinakamababang loss (1550nm) at zero dispersion wavelength (1300nm) ng optical fiber communication, at ang TDFA ay gumagana sa S-band, na angkop para sa mga aplikasyon ng optical fiber communication system. Lalo na ang EDFA, ang pinakamabilis na pag-unlad, ay naging praktikal.
AngPprinsipyo ng EDFA
Ang pangunahing istruktura ng EDFA ay ipinapakita sa Figure 1(a), na pangunahing binubuo ng isang aktibong medium (erbium-doped silica fiber na may habang sampu-sampung metro, 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 kumalat sa parehong direksyon (codirectional pumping), magkasalungat na direksyon (reverse pumping) o magkabilang direksyon (bidirectional pumping) sa erbium fiber. Kapag ang signal light at ang pump light ay sabay na ini-inject sa erbium fiber, ang mga erbium ion ay nae-excite sa mataas na antas ng enerhiya sa ilalim ng aksyon ng pump light (Figure 1(b), isang three-level system), at mabilis na nabubulok sa metastable energy level, kapag bumalik ito sa ground state sa ilalim ng aksyon ng incident signal light, naglalabas ito ng mga photon na naaayon sa signal light, kaya lumakas ang signal. Ang Figure 1 (c) ay ang amplified spontaneous emission (ASE) spectrum nito na may malaking bandwidth (hanggang 20-40nm) at dalawang peak na katumbas ng 1530nm at 1550nm ayon sa pagkakabanggit.
Ang mga pangunahing bentahe ng EDFA ay ang mataas na gain, malaking bandwidth, mataas na output power, mataas na pump efficiency, mababang insertion loss, at kawalan ng sensitibo sa polarization state.
2. Mga Problema sa mga Fiber Optical Amplifier
Bagama't maraming natatanging bentahe ang optical amplifier (lalo na ang EDFA), hindi ito isang mainam na amplifier. Bukod sa karagdagang ingay na nagpapababa sa SNR ng signal, may ilan pang mga kakulangan, tulad ng:
- Ang hindi pantay na bahagi ng gain spectrum sa loob ng bandwidth ng amplifier ay nakakaapekto sa performance ng multi-channel amplification;
- Kapag ang mga optical amplifier ay naka-cascade, ang mga epekto ng ASE noise, fiber dispersion, at mga nonlinear effect ay maiipon.
Ang mga isyung ito ay dapat isaalang-alang sa disenyo ng aplikasyon at sistema.
3. Aplikasyon ng Optical Amplifier sa Sistema ng Komunikasyon ng Optical Fiber
Sa sistema ng komunikasyon ng optical fiber, angFiber Optical Amplifiermaaaring gamitin hindi lamang bilang power boost amplifier ng transmitter upang mapataas ang transmission power, kundi pati na rin bilang preamplifier ng receiver upang mapabuti ang receiving sensitivity, at maaari ring palitan ang tradisyonal na optical-electrical-optical repeater, upang mapalawak ang distansya ng transmission at maisakatuparan ang all-optical communication.
Sa mga sistema ng komunikasyon ng optical fiber, ang mga pangunahing salik na naglilimita sa distansya ng transmisyon ay ang pagkawala at pagkalat ng optical fiber. Gamit ang isang narrow-spectrum light source, o pagtatrabaho malapit sa zero-dispersion wavelength, maliit ang impluwensya ng fiber dispersion. Hindi kailangang magsagawa ang sistemang ito ng kumpletong signal timing regeneration (3R relay) sa bawat istasyon ng relay. Sapat na ang direktang pagpapalakas ng optical signal gamit ang isang optical amplifier (1R relay). Ang mga optical amplifier ay maaaring gamitin hindi lamang sa mga long-distance trunk system kundi pati na rin sa mga optical fiber distribution network, lalo na sa mga WDM system, upang sabay-sabay na palakasin ang maraming channel.
1) Aplikasyon ng mga Optical Amplifier sa mga Sistema ng Komunikasyon ng Trunk Optical Fiber
Ang Fig. 2 ay isang eskematikong diagram ng aplikasyon 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 preamplifier ng receiver upang ang non-relay distance ay madoble. Halimbawa, sa pag-aampon ng EDFA, ang transmission ng sistema Ang distansyang 1.8Gb/s ay tumataas mula 120km patungong 250km o umaabot pa nga 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 mga 3R repeater at optical amplifier; Figure 2 (d) Ito ay isang all-optical relay mode; sa isang all-optical communication system, hindi nito kasama ang mga timing at regeneration circuit, kaya ito ay bit-transparent, at walang paghihigpit sa "electronic bottle whisker". Hangga't ang kagamitan sa pagpapadala at pagtanggap sa magkabilang dulo ay pinapalitan, madaling mag-upgrade mula sa mababang rate patungo sa mataas na rate, at hindi na kailangang palitan ang optical amplifier.
2) Aplikasyon ng Optical Amplifier sa Optical Fiber Distribution Network
Ang mga bentahe ng mataas na output ng kuryente ng mga optical amplifier (lalo na ang EDFA) ay lubhang kapaki-pakinabang sa mga broadband distribution network (tulad ngCATVMga Network). Ang tradisyunal na CATV network 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 na gumagamit ng mga optical amplifier ay hindi lamang lubos na nakapagpapataas ng bilang ng mga distributed user, kundi lubos din nitong napapalawak ang landas ng network. Ipinakita ng mga kamakailang pag-unlad na ang distribusyon ng optical fiber/hybrid (HFC) ay kumukuha ng mga kalakasan ng pareho at may malakas na kompetisyon.
Ang Figure 4 ay isang halimbawa ng isang optical fiber distribution network para sa AM-VSB modulation ng 35 channel ng TV. Ang pinagmumulan ng liwanag ng transmitter ay DFB-LD na may wavelength na 1550nm at output power na 3.3dBm. Gamit ang 4-level EDFA bilang power distribution amplifier, ang input power nito ay humigit-kumulang -6dBm, at ang output power nito ay humigit-kumulang 13dBm. Ang optical receiver sensitivity ay -9.2dBm. Pagkatapos ng 4 na antas ng distribusyon, ang kabuuang bilang ng mga gumagamit ay umabot na sa 4.2 milyon, at ang network path ay mahigit sampung kilometro. Ang weighted signal-to-noise ratio ng pagsubok ay higit sa 45dB, at ang EDFA ay hindi nagdulot ng pagbaba sa CSO.
Oras ng pag-post: Abril-23-2023