1. KlassifikatsioonFiberAvõimendid
Optilisi võimendeid on kolme peamist tüüpi:
(1) pooljuht-optiline võimendi (SOA, pooljuht-optiline võimendi);
(2) Haruldaste muldmetallidega (erbium Er, tuulium Tm, praseodüüm Pr, rubiidium Nd jne) legeeritud kiudoptilised võimendid, peamiselt erbiumiga legeeritud kiudvõimendid (EDFA), samuti tuuliumiga legeeritud kiudvõimendid (TDFA) ja praseodüümiga legeeritud kiudvõimendid (PDFA) jne.
(3) Mittelineaarsed kiudvõimendid, peamiselt kiud-Raman-võimendid (FRA, Fiber Raman Amplifier). Nende optiliste võimendite peamine jõudlusvõrdlus on esitatud tabelis.
EDFA (erbiumiga legeeritud kiudvõimendi)
Mitmetasandilise lasersüsteemi saab moodustada kvartskiu legeerimisel haruldaste muldmetallidega (näiteks Nd, Er, Pr, Tm jne) ning sisendsignaali valgust võimendatakse otse pumba valguse toimel. Pärast sobiva tagasiside andmist moodustatakse kiudlaser. Nd-legeeritud kiudvõimendi töölainepikkused on 1060 nm ja 1330 nm ning selle arendamine ja rakendamine on piiratud kiudoptilise side parima neeldumispordi kõrvalekallete ja muude põhjuste tõttu. EDFA ja PDFFA töölainepikkused on vastavalt kiudoptilise side madalaima kadu (1550 nm) ja nulldispersiooni lainepikkuse (1300 nm) vahemikus ning TDFA töötab S-ribas, mis sobib väga hästi kiudoptilise side süsteemide rakenduste jaoks. Eriti praktiline on olnud EDFA, mis on kõige kiiremini arenenud.
SeePEDFA põhimõte
EDFA põhistruktuur on näidatud joonisel 1(a), mis koosneb peamiselt aktiivsest keskkonnast (umbes kümneid meetreid pikk erbiumiga legeeritud ränidioksiidkiud, mille südamiku läbimõõt on 3–5 mikronit ja legeerimiskontsentratsioon (25–1000)x10-6), pumba valgusallikast (990 või 1480 nm LD), optilisest sidestist ja optilisest isolaatorist. Signaalvalgus ja pumba valgus võivad erbiumkius levida samas suunas (ühesuunaline pumpamine), vastassuundades (vastupidine pumpamine) või mõlemas suunas (kahesuunaline pumpamine). Kui signaalvalgus ja pumba valgus süstitakse erbiumkiudu samaaegselt, ergastuvad erbiumiioonid pumba valguse toimel kõrge energiatasemeni (joonis 1(b), kolmetasandiline süsteem) ja lagunevad kiiresti metastabiilsele energiatasemele. Kui see langeva signaalvalguse toimel naaseb põhiolekusse, kiirgab see signaalvalgusele vastavaid footoneid, nii et signaali võimendatakse. Joonis 1 (c) on selle võimendatud spontaanse emissiooni (ASE) spekter suure ribalaiusega (kuni 20–40 nm) ja kahe piigiga, mis vastavad vastavalt 1530 nm ja 1550 nm lainepikkustele.
EDFA peamised eelised on suur võimendus, suur ribalaius, suur väljundvõimsus, kõrge pumba efektiivsus, väike sisestamiskaotus ja tundlikkus polarisatsiooni oleku suhtes.
2. Kiudoptiliste võimenditega seotud probleemid
Kuigi optilisel võimendil (eriti EDFA-l) on palju silmapaistvaid eeliseid, ei ole see ideaalne võimendi. Lisaks signaali signaali-müra suhet vähendavale lisamürale on ka mõningaid puudusi, näiteks:
- Võimendi ribalaiuse võimendusspektri ebaühtlus mõjutab mitmekanalilise võimenduse jõudlust;
- Optiliste võimendite kaskaadühenduse korral akumuleeruvad ASE-müra, kiudude dispersiooni ja mittelineaarsete efektide mõjud.
Neid probleeme tuleb rakenduse ja süsteemi kavandamisel arvesse võtta.
3. Optilise võimendi rakendamine optilise kiu sidesüsteemis
Optilise kiu sidesüsteemis onKiudoptiline võimendisaab kasutada mitte ainult saatja võimsusvõimendi võimendina edastusvõimsuse suurendamiseks, vaid ka vastuvõtja eelvõimendina vastuvõtu tundlikkuse parandamiseks ning see võib asendada ka traditsioonilist opto-elektri-optilist repiiterit, et pikendada edastuskaugust ja realiseerida täisoptilist sidet.
Optikiudside süsteemides on edastuskaugust piiravateks peamisteks teguriteks optilise kiu kadu ja dispersioon. Kitsa spektriga valgusallika kasutamisel või nulldispersiooni lainepikkuse lähedal töötades on kiu dispersiooni mõju väike. See süsteem ei pea igas releejaamas teostama täielikku signaali ajastuse regenereerimist (3R relee). Piisab optilise signaali otsevõimendamisest optilise võimendiga (1R relee). Optilisi võimendeid saab kasutada mitte ainult pikamaa magistraalvõrkudes, vaid ka optilise kiu jaotusvõrkudes, eriti WDM-süsteemides, mitme kanali samaaegseks võimendamiseks.
1) Optiliste võimendite rakendamine pagasiruumi kiudoptilistes sidesüsteemides
Joonis 2 on skemaatiline diagramm optilise võimendi rakendamisest magistraalvõrgu kiudoptilises sidesüsteemis. (a) Joonisel on näidatud, et optilist võimendit kasutatakse saatja võimendusvõimendi ja vastuvõtja eelvõimendi nii, et mitterelee kaugus kahekordistub. Näiteks EDFA kasutamisel on süsteemi edastus... 1,8 Gb/s vahemaa suureneb 120 km-lt 250 km-ni või ulatub isegi 400 km-ni. Joonis 2 (b)-(d) kujutab optiliste võimendite rakendamist mitme releega süsteemides; joonis (b) kujutab traditsioonilist 3R releerežiimi; joonis (c) kujutab 3R repiiterite ja optiliste võimendite segareleerežiimi; joonis 2 (d) See on täisoptiline releerežiim; täisoptilises sidesüsteemis ei sisalda see ajastus- ja regenereerimisahelaid, seega on see bitiläbipaistev ja puudub "elektroonilise pudeli vurru" piirang. Niikaua kui mõlema otsa saatmis- ja vastuvõtuseadmed on välja vahetatud, on madalalt kiiruselt kõrgele kiirusele üleminek lihtne ja optilist võimendit ei ole vaja välja vahetada.
2) Optilise võimendi rakendamine optilise kiu jaotusvõrgus
Optiliste võimendite (eriti EDFA) suure väljundvõimsuse eelised on väga kasulikud lairiba jaotusvõrkudes (näiteksKaabeltelevisioonVõrgud). Traditsiooniline CATV-võrk kasutab koaksiaalkaablit, mida tuleb iga paarisaja meetri järel võimendada, ja võrgu teenindusraadius on umbes 7 km. Optiliste võimenditega kiudoptiline CATV-võrk võib mitte ainult oluliselt suurendada hajutatud kasutajate arvu, vaid ka oluliselt laiendada võrguteed. Hiljutised arengud on näidanud, et kiudoptilise/hübriidse (HFC) levitamine kasutab mõlema tugevaid külgi ja on väga konkurentsivõimeline.
Joonis 4 on näide optilise kiudjaotusvõrgust 35 telekanali AM-VSB modulatsiooniks. Saatja valgusallikas on DFB-LD lainepikkusega 1550 nm ja väljundvõimsusega 3,3 dBm. Kasutades 4-tasemelist EDFA-d võimsusjaotusvõimendina, on selle sisendvõimsus umbes -6 dBm ja väljundvõimsus umbes 13 dBm. Optilise vastuvõtja tundlikkus on -9,2 dBm. Pärast 4 jaotustasemega jaotumist on kasutajate koguarv jõudnud 4,2 miljonini ja võrgutee pikkus on üle kümnete kilomeetrite. Testi kaalutud signaali-müra suhe oli üle 45 dB ja EDFA ei põhjustanud CSO vähenemist.
Postituse aeg: 23. aprill 2023