1. Classificação deFfibraAamplificadores
Existem três tipos principais de amplificadores ópticos:
(1) Amplificador Óptico Semicondutor (SOA, Amplificador Óptico Semicondutor);
(2) Amplificadores de fibra óptica dopados com elementos de terras raras (érbio Er, túlio Tm, praseodímio Pr, rubídio Nd, etc.), principalmente amplificadores de fibra dopada com érbio (EDFA), bem como amplificadores de fibra dopada com túlio (TDFA) e amplificadores de fibra dopada com praseodímio (PDFA), etc.
(3) Amplificadores de fibra não linear, principalmente amplificadores de fibra Raman (FRA, Fiber Raman Amplifier).A principal comparação de desempenho desses amplificadores ópticos é mostrada na tabela
EDFA (amplificador de fibra dopada com érbio)
Um sistema de laser multinível 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 amplificada diretamente 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 dopada com Nd é 1060nm e 1330nm, e seu desenvolvimento e aplicação são limitados devido ao desvio da melhor porta coletora de comunicação de fibra óptica e outros motivos.Os comprimentos de onda operacionais de EDFA e PDFA estão respectivamente na janela de menor perda (1550nm) e comprimento de onda de dispersão zero (1300nm) de comunicação de fibra óptica, e TDFA opera na banda S, que é muito adequada para aplicações de sistemas de comunicação de fibra óptica. .Especialmente o EDFA, o desenvolvimento mais rápido, tem sido prático.
OPprincípio do 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 érbio com cerca de dezenas de metros de comprimento, com um diâmetro central de 3-5 mícrons e uma concentração de dopagem de (25 -1000)x10-6), fonte de luz da bomba (990 ou 1480nm LD), acoplador óptico e isolador óptico.A luz de sinalização e a luz da bomba podem se propagar na mesma direção (bombeamento codirecional), em direções opostas (bombeamento reverso) ou em ambas as direções (bombeamento bidirecional) na fibra de érbio.Quando a luz de sinalização e a luz da bomba são injetadas na fibra de érbio ao mesmo tempo, os íons de érbio são excitados a um alto nível de energia sob a ação da luz da bomba (Figura 1 (b), um sistema de três níveis), e decai rapidamente para o nível de energia metaestável, quando retorna ao estado fundamental sob a ação da luz do sinal incidente, emite fótons correspondentes à luz do sinal, de modo que o sinal é amplificado.A Figura 1 (c) é o seu espectro de emissão espontânea amplificada (ASE) com uma grande largura de banda (até 20-40 nm) e dois picos correspondentes a 1530 nm e 1550 nm, respectivamente.
As principais vantagens do EDFA são alto ganho, grande largura de banda, 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 notáveis, não é um amplificador ideal.Além do ruído adicional que reduz o SNR do sinal, existem algumas outras deficiências, como:
- A irregularidade do espectro de ganho dentro da largura de banda do amplificador afeta o desempenho da amplificação multicanal;
- Quando os amplificadores ópticos estão em cascata, os efeitos do ruído ASE, da dispersão da fibra e dos efeitos não lineares se acumularão.
Essas questões devem ser consideradas no projeto da aplicação e do sistema.
3. Aplicação de amplificador óptico em sistema de comunicação de fibra óptica
No sistema de comunicação por fibra óptica, oAmplificador de fibra ópticapode ser usado não apenas como um amplificador de aumento de potência do transmissor para aumentar a potência de transmissão, mas também como um pré-amplificador do receptor para melhorar a sensibilidade de recepção, e também pode substituir o tradicional repetidor óptico-elétrico-óptico, para estender a transmissão distância e realizar comunicação totalmente óptica.
Nos sistemas de comunicação por fibra óptica, os principais fatores que limitam a distância de transmissão são a perda e a dispersão da fibra óptica.Usando uma fonte de luz de espectro estreito ou trabalhando próximo ao comprimento de onda de dispersão zero, a influência da dispersão da fibra é pequena.Este sistema não precisa realizar a regeneração completa da temporização do sinal (relé 3R) em cada estação retransmissora.É suficiente amplificar diretamente o sinal óptico com um amplificador óptico (relé 1R).Os amplificadores ópticos podem ser usados não apenas em sistemas tronco de longa distância, mas também em redes de distribuição de fibra óptica, especialmente em sistemas WDM, para amplificar múltiplos canais simultaneamente.
1) Aplicação de amplificadores ópticos em sistemas troncais de comunicação de fibra óptica
A Fig. 2 é um diagrama esquemático da aplicação do amplificador óptico no sistema de comunicação de fibra óptica tronco.(a) a imagem mostra que o amplificador óptico é usado como amplificador de potência do transmissor e pré-amplificador do receptor, de modo que a distância sem relé seja duplicada.Por exemplo, adotando o EDFA, o sistema de transmissão a distância de 1,8 Gb/s aumenta de 120km para 250km ou chega até a 400km.A Figura 2 (b)-(d) é a aplicação de amplificadores ópticos em sistemas multi-relé;A Figura (b) é o modo de relé 3R tradicional;A 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 totalmente óptico, não inclui circuitos de temporização e regeneração, por isso é transparente em termos de bits e não há restrição de “bigode de garrafa eletrônico”.Contanto que o equipamento de envio e recebimento em ambas as extremidades seja substituído, é fácil atualizar de uma taxa baixa para uma taxa alta e o amplificador óptico não precisa ser substituído.
2) Aplicação de Amplificador Óptico em 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 cabo coaxial, que precisa ser amplificado a cada 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 significativamente o número de usuários distribuídos, mas também expandir significativamente o caminho da rede.Desenvolvimentos recentes mostraram que a distribuição de fibra óptica/híbrida (HFC) atrai os pontos fortes de ambos e tem forte competitividade.
A Figura 4 é um exemplo de 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 comprimento de onda de 1550nm e potência de saída de 3,3dBm.Usando EDFA de 4 níveis como amplificador de distribuição de potência, sua potência de entrada é de cerca 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 superior a dezenas de quilômetros.A relação sinal-ruído ponderada do teste foi superior a 45dB e o EDFA não causou redução no CSO.
Horário da postagem: 23 de abril de 2023