1. Classificação deFIBERAmplifiers
Existem três tipos principais de amplificadores ópticos:
(1) amplificador óptico semicondutor (SOA, amplificador óptico semicondutor);
(2) Amplificadores de fibra óptica dopados de elementos de terras raras (erbium er, thulium tm, praseodymium pr, rubidium nd, etc.), principalmente amplificadores de fibra dopados com erbio (Edfa), bem como os amplificadores de fibra dopados com tópico (TDFA) e amplificadores de fibra dopados com praseodímio (PDFA), etc.
(3) amplificadores de fibra não lineares, principalmente amplificadores de Raman de fibra (FRA, amplificador de fibra Raman). A principal comparação de desempenho desses amplificadores ópticos é mostrada na tabela
EDFA (amplificador de fibra dopado com erbio)
Um sistema de laser de vários níveis pode ser formado dopando a fibra de quartzo com elementos de terras raras (como ND, ER, PR, TM, etc.), e a luz do sinal de entrada é diretamente amplificada sob a ação da luz da bomba. Depois de fornecer feedback apropriado, um laser de fibra é formado. O comprimento de onda de trabalho do amplificador de fibra dopado com ND é de 1060Nm e 1330nm, e seu desenvolvimento e aplicação são limitados devido ao desvio da melhor porta de coleta de comunicação de fibra óptica e outras razões. Os comprimentos de onda operacionais de EDFA e PDFA estão respectivamente na janela da menor perda (1550Nm) e do comprimento de onda de dispersão zero (1300nm) de comunicação de fibra óptica, e o TDFA opera na banda S, que são muito adequados para aplicações de sistemas de comunicação de fibra ópticos. Especialmente o EDFA, o desenvolvimento mais rápido, tem sido prático.
OPRinciple de Edfa
A estrutura básica do EDFA é mostrada na Figura 1 (a), que é composta principalmente por um meio ativo (fibra de sílica dopada com erbio com dezenas de metros de comprimento, com um diâmetro do núcleo de 3-5 microns e uma concentração de doping de (25-1000) x10-6), fonte de luz da bomba (990 ou 1480NM), ld ldtica), ld ldputica), ld ldpytical), ld ld Optory. A luz do sinal e a luz da bomba podem se propagar na mesma direção (bombeamento codirecional), direções opostas (bombeamento reverso) ou ambas as direções (bombeamento bidirecional) na fibra de erbio. Quando a luz do sinal e a luz da bomba são injetadas na fibra de erbio ao mesmo tempo, os íons erbium são excitados a um alto nível de energia sob a ação da luz da bomba (Figura 1 (b), um sistema de três níveis) e se decairá rapidamente ao luminário de energia metaestável, quando retorna ao luminário subterrâneo, o sinal do sinal incidido emite o luminário. A Figura 1 (c) é o seu espectro amplificado de emissão espontânea (ASE) com uma largura de banda grande (até 20-40nm) e dois picos correspondentes a 1530Nm e 1550nm, respectivamente.
As principais vantagens do EDFA são alto ganho, largura de banda grande, alta potência de saída, alta eficiência da bomba, baixa perda de inserção e insensibilidade ao estado de polarização.
2. Problemas com amplificadores de fibra óptica
Embora o amplificador óptico (especialmente o EDFA) tenha muitas vantagens pendentes, ele não é um amplificador ideal. Além do ruído adicional que reduz o SNR do sinal, existem outras deficiências, como:
- desigualdade do espectro de ganho dentro da largura de banda do amplificador afeta o desempenho da amplificação multicanal;
- Quando os amplificadores ópticos são em cascata, os efeitos do ruído do ASE, a dispersão de fibras e os efeitos não lineares se acumularão.
Esses problemas devem ser considerados no design de aplicação e sistema.
3. Aplicação do amplificador óptico no sistema de comunicação de fibra óptica
No sistema de comunicação de fibra óptica, oAmplificador de fibra ópticapode ser usado não apenas como um amplificador de impulso de energia do transmissor para aumentar a potência de transmissão, mas também como um pré-amplificador do receptor para melhorar a sensibilidade de recebimento e também pode substituir o repetidor óptico-elétrico-óptico tradicional, para estender a distância de transmissão e realizar a comunicação total.
Nos sistemas de comunicação de fibra óptica, os principais fatores que limitam a distância de transmissão são a perda e dispersão da fibra óptica. Usando uma fonte de luz de espectro estreito ou trabalhando perto do comprimento de onda de dispersão zero, a influência da dispersão de fibras é pequena. Este sistema não precisa executar a regeneração completa do tempo do sinal (relé 3R) em cada estação de revezamento. É suficiente ampliar diretamente o sinal óptico com um amplificador óptico (relé 1R). Os amplificadores ópticos podem ser usados não apenas em sistemas de troncos de longa distância, mas também em redes de distribuição de fibras ópticas, especialmente em sistemas WDM, para amplificar vários canais simultaneamente.
1) Aplicação de amplificadores ópticos em sistemas de comunicação de fibra óptica de tronco
A Fig. 2 é um diagrama esquemático da aplicação do amplificador óptico no sistema de comunicação de fibra óptica do tronco. (a) A figura mostra que o amplificador óptico é usado como o amplificador de impulso de energia do transmissor e o pré-amplificador do receptor, para que a distância que não seja do relato seja dobrada. Por exemplo, adotando a EDFA, a transmissão do sistema A distância de 1,8 GB/s aumenta de 120 km para 250 km ou até atinge 400 km. Figura 2 (b)-(d) é a aplicação de amplificadores ópticos em sistemas de vários relatos; Figura (b) é o modo de relé 3R tradicional; Figura (c) é o modo de relé misto de repetidores 3R e amplificadores ópticos; Figura 2 (d) É um modo de relé totalmente óptico; Em um sistema de comunicação total, ele não inclui circuitos de tempo e regeneração, por isso é transparente de bits e não há restrição de “bigode de garrafa eletrônica”. Enquanto o equipamento de envio e recebimento nas duas extremidades for substituído, é fácil atualizar de uma taxa baixa para uma taxa alta e o amplificador óptico não precisa ser substituído.
2) Aplicação do amplificador óptico na rede de distribuição de fibra óptica
As vantagens de alta potência dos amplificadores ópticos (especialmente EDFA) são muito úteis em redes de distribuição de banda larga (comoCatvRedes). A rede CATV tradicional adota um cabo coaxial, que precisa ser amplificado a cada várias centenas de metros, e o raio de serviço da rede é de cerca de 7 km. A rede CATV de fibra óptica usando amplificadores ópticos pode não apenas aumentar bastante o número de usuários distribuídos, mas também expandir bastante o caminho da rede. Desenvolvimentos recentes mostraram que a distribuição de fibra óptica/híbrido (HFC) desenha os pontos fortes de ambos e tem forte competitividade.
A Figura 4 é um exemplo de uma rede de distribuição de fibra óptica para modulação AM-VSB de 35 canais de TV. A fonte de luz do transmissor é DFB-LD com um comprimento de onda de 1550nm e potência de saída de 3,3dBm. Usando o EDFA de 4 níveis como amplificador de distribuição de energia, sua potência de entrada é de -6dbm e sua potência de saída é de cerca de 13dBM. Sensibilidade do receptor óptico -9.2d BM. Após 4 níveis de distribuição, o número total de usuários atingiu 4,2 milhões e o caminho da rede é mais de dezenas de quilômetros. A relação sinal / ruído ponderada do teste foi superior a 45dB e o EDFA não causou uma redução no CSO.
Hora de postagem: 23-2023 de abril