Compararea diferitelor tipuri de amplificatoare optice
Amplificatorul optic este o tehnologie importantă pentru rețelele de comunicații optice. Fără a mai fi nevoie să-l convertiți mai întâi la un semnal electric, amplificatoarele optice sunt acum utilizate în locul repeaterilor. După cum știm, există mai multe tipuri de amplificatoare optice. Dintre acestea, tehnologiile principale de amplificare sunt amplificatorul de fibre dopate (de exemplu, EDFA), amplificatorul optic semiconductor (SOA) și amplificatorul Fiber Raman. Astăzi, vom studia și vom compara diferite tipuri de amplificatoare optice în această lucrare.
Înainte de a compara diferitele tipuri de amplificatoare optice, să examinăm mai atent amplificatorul de fibră optică. În general, un repetor include un receptor și un transmițător combinate într-un singur pachet. Receptorul convertește energia optică de intrare în energie electrică. Ieșirea electrică a receptorului acționează intrarea electrică a transmițătorului. Ieșirea optică a transmițătorului reprezintă o versiune amplificată a semnalului de intrare optic plus zgomot. Repetoarele nu funcționează pentru rețelele cu fibră optică, unde mai multe transmițătoare transmit semnale către mai mulți receptoare la rate diferite de biți și în diferite formate. Cu toate acestea, spre deosebire de un repetor, un amplificator optic amplifică direct semnalul optic fără transformare electrică și electrică optică. În plus, un amplificator optic ideal ar putea suporta o funcționare multi-canal pe o bandă de lungime de undă cât mai largă, să obțină un câștig plat pe o gamă largă de câștiguri dinamice, să aibă o putere mare de ieșire saturată, un zgomot redus și o suprimare tranzitorie eficientă. Câteva avantaje ale amplificatoarelor optice sunt următoarele:
Suporta orice rata de biți și formatul de semnal
Sprijină întreaga regiune a lungimilor de undă
Creșteți capacitatea legăturilor cu fibră optică utilizând WDM
Furnizați capacitatea rețelelor optice, nu doar legături punct-la-punct
OK, după o scurtă introducere a amplificatoarelor optice, începem în mod oficial subiectul principal de astăzi. Așa cum am vorbit mai sus, există trei tipuri principale de tehnologie de amplificare de astăzi. Fiecare dintre ele are propriul principiu de lucru, caracteristici și aplicații. Le vom descrie unul câte unul în următoarele paragrafe.
Amplificator cu fibre dopate (reprezentantul tipic: EDFA)
Erbium-amplificatorul de fibre dopate (EDFA) este cel mai răspândit amplificator cu fibră optică, fabricat în principal din fibre dopate cu Erbium (EDF), sursă de lumină a pompei, cuple optice, izolatoare optice, filtre optice și alte componente. Printre acestea, o impuritate sub formă de ion de erbiu trivalent este inserată în miezul de silice al fibrei optice pentru a modifica proprietățile optice și pentru a permite amplificarea semnalului.
Principiul de funcționare
Principiul de lucru al EDFA este de a utiliza sursele de lumină ale pompelor, care de cele mai multe ori au o lungime de undă în jurul valorii de 980 nm și uneori în jur de 1450 nm, excită ionii de erbiu (Er3 +) în starea 4I13 / 2 (în cazul a 980 nm pompare prin 4111/2), de unde pot amplifica lumina în regiunea de lungime de undă de 1,5 μm prin emisia stimulată înapoi în colectorul de sol 4I15 / 2.
Avantaje și dezavantaje ale EDFA
avantaje
EDFA are o utilizare mare a puterii pompei (> 50%)
Direct și simultan amplifică o bandă largă de lungimi de undă (> 80nm) în regiunea 1550nm, cu un câștig relativ plat
Nivelul poate fi îmbunătățit prin filtre optice cu câștig-aplatizare
Câștigați mai mult de 50 dB
Lipsă de zgomot potrivit pentru aplicații de lungă durată
Dezavantaje
Dimensiunea EDFA nu este mică
Nu poate fi integrat cu alte dispozitive de tip semiconductor
Amplificator optic semiconductor (SOA)
Amplificatorul optic semiconductor este un tip de amplificator optic care utilizează un semiconductor pentru a furniza mediul de câștig. Ele au o structură similară cu diodele laser Fabry-Perot, dar cu elemente de design antireflexiv la fețele finale. Spre deosebire de alte amplificatoare optice, SOA sunt pompate electronic (adică direct prin intermediul unui curent aplicat) și nu este necesar un laser separat pentru pompă.
Principiul de funcționare
1.Semul emise pentru amplificarea unui semnal optic.
2.Activitatea regiunii semiconductorului.
3.Curentul de injecție pentru pomparea electronilor la banda de conducție.
4. Semnalul de intrare stimulează trecerea electronilor până la banda de valență pentru a obține o amplificare.
Avantaje și dezavantaje ale SOA
avantaje
Amplificatorul optic semiconductor este de dimensiuni mici și pompat electric.
Poate fi potențial mai puțin costisitor decât EDFA și poate fi integrat cu lasere semiconductoare, modulatoare etc.
Toate cele patru tipuri de operațiuni neliniare (modul de amplificare încrucișată, modulația încrucișată, conversia lungimii de undă și amestecarea a patru valuri) pot fi realizate.
SOA poate fi rulat cu un laser cu putere redusă. Aceasta provine din timpul de viață scurt timp de nanosecundă sau mai puțin, astfel încât câștigul să reacționeze rapid la schimbările de pompă sau puterea semnalului, iar modificările câștigului determină de asemenea modificări de fază care pot denatura semnalele.
Dezavantaje
Performanța SOA nu este încă comparabilă cu EDFA. SOA are un zgomot mai mare, un câștig mai mic, o dependență moderată de polarizare și o neliniaritate ridicată cu un timp tranzitoriu rapid.
Amplificator de fibră Raman (FRA)
Fiber Raman Amplifier (FRA) este, de asemenea, un amplificator optic relativ matur. Într-un FRA, semnalul optic este amplificat datorită împrăștierii Raman stimulată (SRS). În general, FRA poate fi împărțit în tip lumped numit LRA și tipul distribuit numit DRA. Mijloacele de câștig ale fibrelor din fosta este în general în limita a 10 km. În plus, aceasta necesită o putere mai mare a pompei, în general în câteva până la o duzină de wați care poate produce 40 dB sau chiar peste câștiguri. Se folosește în principal pentru a amplifica banda de semnal optic pe care EDFA nu o poate satisface. Media cu câștig de fibre de DRA este de obicei mai lungă decât LRA, în general pentru zeci de kilometri, în timp ce puterea sursei de pompare este sub sute de megawați. Este folosit în principal în sistemul de comunicații DWDM, EDFA auxiliar pentru îmbunătățirea performanței sistemului, inhibarea efectului neliniar, reducerea incidenței puterii semnalului, îmbunătățirea raportului semnal / zgomot și amplificarea online.
Principiul de funcționare
Principiul FRA se bazează pe efectul stimulat Raman Scattering (SRS). Mediul de câștig este fibră optică nedepisată. Puterea este transferată la semnalul optic printr-un proces optic neliniar cunoscut sub numele de efectul Raman. Un foton incident excită un electron la starea virtuală, iar emisia stimulată are loc atunci când electronul de-excită până la starea vibrară a moleculei de sticlă. Deplasarea Stokes corespunzătoare energiei proprii a unui fonon este de aproximativ 13,2 THz pentru toate fibrele optice.
Avantajele și dezavantajele FRA
avantaje
Este posibilă amplificarea cu lungime de undă variabilă
Compatibil cu fibra SM instalată
Poate fi utilizat pentru a extinde EDFA
Poate conduce la o putere medie mai mică pe o perioadă de timp, bună pentru diafonii mai mici
Este posibilă funcționarea cu bandă largă
Dezavantaje
Cerințele de alimentare ridicată ale pompei, laserele de putere ridicate ale pompei au sosit abia recent
Gestionarea sofisticată a câștigului este necesară
Zgomotul este, de asemenea, o problemă
rezumat
După ce am discutat despre aceste trei tipuri de amplificatoare optice, facem o comparație a acestora ca tabelul următor.
