1. Klassifikatioun vunFiberAVerstärker
Et ginn dräi Haaptzorte vun opteschen Verstärker:
(1) Halbleiteropteschen Verstärker (SOA, Halbleiteropteschen Verstärker);
(2) Glasfaserverstärker, déi mat seltenen Äerdelementer dotiert sinn (Erbium Er, Thulium Tm, Praseodym Pr, Rubidium Nd, etc.), haaptsächlech mat Erbium dotiert Glasfaserverstärker (EDFA), souwéi Thulium-dotiert Faserverstärker (TDFA) a Praseodym-dotiert Faserverstärker (PDFA), etc.
(3) Netlinear Faserverstärker, haaptsächlech Faser-Raman-Verstärker (FRA, Fiber Raman Amplifier). De wichtegste Leeschtungsvergläich vun dësen optesche Verstärker gëtt an der Tabell gewisen.
EDFA (Erbium-dotierte Faserverstärker)
E Multi-Level-Lasersystem kann duerch Dotierung vun der Quarzfaser mat seltenen Äerdelementer (wéi Nd, Er, Pr, Tm, etc.) geformt ginn, an d'Input-Signal-Liicht gëtt direkt ënner der Aktioun vum Pompel-Liicht verstäerkt. Nodeems entspriechend Feedback geliwwert gouf, gëtt e Faserlaser geformt. D'Aarbechtswellelängt vum Nd-dotierte Faserverstärker ass 1060 nm an 1330 nm, a seng Entwécklung an Uwendung sinn limitéiert wéinst der Ofwäichung vum beschte Sink-Port vun der Glasfaserkommunikatioun an anere Grënn. D'Betribswellelängte vun EDFA a PDFA leien respektiv am Fënster vum niddregsten Verloscht (1550 nm) an der Null-Dispersiounswellelängt (1300 nm) vun der optescher Glasfaserkommunikatioun, an TDFA funktionéiert am S-Band, wat ganz gëeegent ass fir Uwendungen an optesche Glasfaserkommunikatiounssystemer. Besonnesch EDFA, déi déi séierst Entwécklung hat, war praktesch.
DenPPrinzip vun der EDFA
Déi grondleeënd Struktur vun EDFA gëtt an der Figur 1(a) gewisen, déi haaptsächlech aus engem aktiven Medium (erbium-dotierte Siliziumdioxidfaser ongeféier Zéng Meter laang, mat engem Kärduerchmiesser vun 3-5 Mikrometer an enger Dotierungskonzentratioun vun (25-1000)x10-6), enger Pompelliichtquell (990 oder 1480nm LD), engem optesche Koppler an engem opteschen Isolator besteet. Signalliicht a Pompelliicht kënnen sech an der Erbiumfaser an déiselwecht Richtung (kodirektional Pompelen), géigeniwwerleeënd Richtungen (réckwärts Pompelen) oder béid Richtungen (bidirektional Pompelen) ausbreeden. Wann d'Signalliicht an d'Pompelliicht gläichzäiteg an d'Erbiumfaser injizéiert ginn, ginn d'Erbiumionen ënner der Aktioun vum Pompelliicht op en héijen Energieniveau ugereegt (Figur 1(b), en Dräi-Niveau-System), a falen séier op dat metastabilt Energieniveau of. Wann et ënner der Aktioun vum afalenden Signalliicht an de Grondzoustand zréckkënnt, emittéiert et Photonen, déi dem Signalliicht entspriechen, sou datt de Signal verstäerkt gëtt. Figur 1 (c) ass säi verstäerkt spontan Emissiounsspektrum (ASE) mat enger grousser Bandbreet (bis zu 20-40 nm) an zwou Spëtzten, déi 1530 nm respektiv 1550 nm entspriechen.
Déi Haaptvirdeeler vun EDFA sinn héije Verstärkungsgrad, grouss Bandbreet, héich Ausgangsleistung, héich Pompeleffizienz, niddrege Insertion-Verloscht an Onempfindlechkeet géintiwwer dem Polarisatiounszoustand.
2. Problemer mat Glasfaserverstärker
Obwuel den opteschen Verstärker (besonnesch EDFA) vill aussergewéinlech Virdeeler huet, ass en keen ideale Verstärker. Nieft dem zousätzleche Kaméidi, deen den SNR vum Signal reduzéiert, gëtt et nach aner Nodeeler, wéi zum Beispill:
- Ongläichméissegkeet vum Verstärkungsspektrum bannent der Verstärkerbandbreet beaflosst d'Leeschtung vun der Méikanalverstärkung;
- Wann optesch Verstärker kaskadéiert ginn, accumuléieren sech d'Effekter vun ASE-Rauschen, Faserdispersioun an netlinearen Effekter.
Dës Problemer mussen am Applikatiouns- a Systemdesign berécksiichtegt ginn.
3. Uwendung vun engem opteschen Verstärker an engem optesche Faserkommunikatiounssystem
Am optesche Faserkommunikatiounssystem, deGlasfaserverstärkerkann net nëmmen als Leeschtungsverstärker vum Sender benotzt ginn fir d'Sendeleistung ze erhéijen, mä och als Virverstärker vum Empfänger fir d'Empfangsempfindlechkeet ze verbesseren, a kann och den traditionellen optesch-elektresch-optesche Repeater ersetzen, fir d'Sendedistanz ze verlängeren an eng voll optesch Kommunikatioun ze realiséieren.
A Glasfaserkommunikatiounssystemer sinn déi Haaptfaktoren, déi d'Transmissiounsdistanz limitéieren, de Verloscht an d'Dispersioun vun der Glasfaser. Wann eng Liichtquell mat engem schmuele Spektrum benotzt gëtt, oder wann no bei der Wellelängt vun Nulldispersioun geschafft gëtt, ass den Afloss vun der Glasfaserdispersioun kleng. Dëst System brauch keng komplett Signaltiming-Regeneratioun (3R Relais) op all Relaisstatioun duerchzeféieren. Et ass genuch, den optesche Signal direkt mat engem optesche Verstärker (1R Relais) ze verstärken. Optesch Verstärker kënnen net nëmmen a Fern-Trunk-Systemer, mä och a Glasfaserverdeelungsnetzwierker, besonnesch a WDM-Systemer, benotzt ginn, fir verschidde Kanäl gläichzäiteg ze verstärken.
1) Uwendung vun optesche Verstärker a Trunk-Glasfaserkommunikatiounssystemer
Fig. 2 ass e schematescht Diagramm vun der Uwendung vum optesche Verstärker am Trunk-Glasfaserkommunikatiounssystem. (a) D'Bild weist, datt den optesche Verstärker als Power Boost Verstärker vum Sender an als Virverstärker vum Empfänger benotzt gëtt, sou datt d'Distanz ouni Relais verduebelt gëtt. Zum Beispill, wann EDFA adoptéiert gëtt, gëtt d'Systemtransmissioun... D'Distanz vun 1,8 Gb/s klëmmt vun 120 km op 250 km oder erreecht souguer 400 km. Figur 2 (b)-(d) weist d'Uwendung vun optesche Verstärker a Multi-Relais-Systemer; Figur (b) ass den traditionellen 3R-Relaismodus; Figur (c) ass de gemëschte Relaismodus vun 3R-Repeater an optesche Verstärker; Figur 2 (d) Et ass en komplett optesche Relaismodus; an engem komplett optesche Kommunikatiounssystem enthält et keng Timing- a Regeneratiounsschaltkreesser, sou datt et bittransparent ass, an et gëtt keng "elektronesch Fläschewhisker"-Restriktioun. Soulaang d'Sende- an Empfangsausrüstung op béide Säiten ersat gëtt, ass et einfach vun enger niddreger Rate op eng héich Rate ze upgraden, an den optesche Verstärker muss net ersat ginn.
2) Uwendung vun engem opteschen Verstärker am Glasfaserverdeelungsnetz
Déi héich Leeschtungsvirdeeler vun optesche Verstärker (besonnesch EDFA) si ganz nëtzlech a Breitbandverdeelungsnetzwierker (wéi z.B.CATVNetzwierker). Dat traditionellt CATV-Netzwierk benotzt Koaxialkabel, deen all puer honnert Meter verstäerkt muss ginn, an de Serviceradius vum Netz ass ongeféier 7 km. Dat optescht Glasfaser-CATV-Netzwierk mat optesche Verstärker kann net nëmmen d'Zuel vun den verdeelte Benotzer däitlech erhéijen, mä och de Netzwierkwee däitlech ausbauen. Rezent Entwécklungen hunn gewisen, datt d'Verdeelung vu Glasfaser/Hybrid (HFC) d'Stäerkte vu béide zitt a staark Konkurrenzfäegkeet huet.
Figur 4 ass e Beispill vun engem Glasfaserverdeelungsnetz fir d'AM-VSB-Moduléierung vun 35 Fernsehkanäl. D'Liichtquell vum Sender ass DFB-LD mat enger Wellelängt vun 1550 nm an enger Ausgangsleistung vun 3,3 dBm. Mat 4-Niveau-EDFA als Leeschtungsverdeelungsverstärker ass seng Inputleistung ongeféier -6 dBm an seng Ausgangsleistung ongeféier 13 dBm. D'Empfindlechkeet vum opteschen Empfänger ass -9,2 d Bm. No 4 Verdeelungsniveauen huet d'Gesamtzuel vun de Benotzer 4,2 Milliounen erreecht, an de Netzwierkwee ass méi wéi Zénger Kilometer. Dat gewichtet Signal-Rausch-Verhältnis vum Test war méi grouss wéi 45 dB, an d'EDFA huet keng Reduktioun vum CSO verursaacht.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 23. Abrëll 2023