1. Clasificación deFiberAmplificadores
Hay tres tipos principales de amplificadores ópticos:
(1) amplificador óptico de semiconductores (SOA, amplificador óptico de semiconductores);
(2) Amplificadores de fibra óptica dopados con elementos de tierras raras (Erbium ER, Thulium TM, Prasodimio PR, Rubidium nd, etc.), principalmente amplificadores de fibra dopados con erbio (Edfa), así como amplificadores de fibra dopados con tulio (TDFA) y amplificadores de fibra dopados con praseodimio (PDFA), etc.
(3) Amplificadores de fibra no lineal, principalmente amplificadores Raman de fibra (FRA, amplificador de fibra Raman). La comparación de rendimiento principal de estos amplificadores ópticos se muestra en la tabla
EDFA (Amplificador de fibra dopado de Erbium)
Se puede formar un sistema láser de varios niveles dopando la fibra de cuarzo con elementos de tierras raras (como ND, ER, PR, TM, etc.), y la luz de la señal de entrada se amplifica directamente bajo la acción de la luz de la bomba. Después de proporcionar comentarios adecuados, se forma un láser de fibra. La longitud de onda de trabajo del amplificador de fibra dopado con ND es de 1060 nm y 1330 nm, y su desarrollo y aplicación son limitados debido a la desviación del mejor puerto de sumidero de la comunicación de fibra óptica y otras razones. Las longitudes de onda operativas de EDFA y PDFA están respectivamente en la ventana de la pérdida más baja (1550 nm) y la longitud de onda de dispersión cero (1300 nm) de la comunicación de fibra óptica, y TDFA funciona en la banda S, que son muy adecuadas para aplicaciones del sistema de comunicación de fibra óptica. Especialmente EDFA, el desarrollo más rápido, ha sido práctico.
ElPRinciple de Edfa
La estructura básica de EDFA se muestra en la Figura 1 (a), que se compone principalmente de un medio activo (fibra de sílice dopada con erbio sobre decenas de metros de largo, con un diámetro central de 3-5 micras y una concentración de dopaje de (25-1000) x10-6), fuente de luz de bomba (990 o 1480 nm LD), acoplador óptico y óptico. La luz de señal y la luz de la bomba pueden propagarse en la misma dirección (bombeo codireccional), direcciones opuestas (bombeo inverso) o ambas direcciones (bombeo bidireccional) en la fibra de erbio. Cuando la luz de la señal y la luz de la bomba se inyectan en la fibra Erbium al mismo tiempo, los iones Erbium se excitan a un alto nivel de energía bajo la acción de la luz de la bomba (Figura 1 (b), un sistema de tres niveles), y se descomponen rápidamente a la energía metaestable, cuando regresa al estado fundamental bajo la acción de la luz incidente, emite fotones de fotones correspondientes a la luz de la señal, por lo que la señal es la señal. La Figura 1 (c) es su espectro de emisión espontánea amplificada (ASE) con un gran ancho de banda (hasta 20-40 nm) y dos picos correspondientes a 1530 nm y 1550 nm respectivamente.
Las principales ventajas de EDFA son la alta ganancia, el ancho de banda grande, la alta potencia de salida, la alta eficiencia de la bomba, la baja pérdida de inserción y la insensibilidad al estado de polarización.
2. Problemas con amplificadores ópticos de fibra
Aunque el amplificador óptico (especialmente EDFA) tiene muchas ventajas sobresalientes, no es un amplificador ideal. Además del ruido adicional que reduce la SNR de la señal, hay otras deficiencias, como:
- La desigualidad del espectro de ganancia dentro del ancho de banda del amplificador afecta el rendimiento de amplificación multicanal;
- Cuando se en cascada los amplificadores ópticos, se acumularán los efectos del ruido de ASE, la dispersión de la fibra y los efectos no lineales.
Estos problemas deben considerarse en la aplicación y el diseño del sistema.
3. Aplicación del amplificador óptico en el sistema de comunicación de fibra óptica
En el sistema de comunicación de fibra óptica, elAmplificador ópticoSe puede utilizar no solo como un amplificador de potencia de potencia del transmisor para aumentar la potencia de transmisión, sino también como un preamplificador del receptor para mejorar la sensibilidad receptora, y también puede reemplazar el repetidor óptico-óptico tradicional, extender la distancia de transmisión y realizar la comunicación óptica.
En los sistemas de comunicación de fibra óptica, los principales factores que limitan la distancia de transmisión son la pérdida y la dispersión de la fibra óptica. Usando una fuente de luz de espectro estrecho, o trabajando cerca de la longitud de onda de dispersión cero, la influencia de la dispersión de fibra es pequeña. Este sistema no necesita realizar una regeneración completa de tiempo de señal (relé 3R) en cada estación de relé. Es suficiente amplificar directamente la señal óptica con un amplificador óptico (relé 1R). Los amplificadores ópticos se pueden usar no solo en los sistemas troncales de larga distancia sino también en las redes de distribución de fibra óptica, especialmente en los sistemas WDM, para amplificar múltiples canales simultáneamente.
1) Aplicación de amplificadores ópticos en sistemas de comunicación de fibra óptica troncal
La figura 2 es un diagrama esquemático de la aplicación del amplificador óptico en el sistema de comunicación de fibra óptica del tronco. (a) La imagen muestra que el amplificador óptico se usa como el amplificador de impulso de potencia del transmisor y el preamplificador del receptor para que la distancia sin retiro se duplique. Por ejemplo, adoptando EDFA, la transmisión del sistema La distancia de 1.8 GB/s aumenta de 120 km a 250 km o incluso alcanza 400 km. La Figura 2 (b)-(d) es la aplicación de amplificadores ópticos en sistemas múltiples; La figura (b) es el modo de retransmisión 3R tradicional; La figura (c) es el modo de retransmisión mixta de los repetidores 3R y los amplificadores ópticos; Figura 2 (d) Es un modo de retransmisión totalmente óptico; En un sistema de comunicación totalmente óptica, no incluye circuitos de tiempo y regeneración, por lo que es transparente de bits, y no hay restricción de "bigote de botella electrónica". Mientras se reemplace el equipo de envío y recepción en ambos extremos, es fácil actualizar desde una velocidad baja a una velocidad alta, y el amplificador óptico no necesita ser reemplazado.
2) Aplicación del amplificador óptico en la red de distribución de fibra óptica
Las ventajas de alta potencia de salida de los amplificadores ópticos (especialmente EDFA) son muy útiles en las redes de distribución de banda ancha (comoGatoRedes). La red tradicional de CATV adopta un cable coaxial, que debe amplificarse cada cientos de metros, y el radio de servicio de la red es de aproximadamente 7 km. La red CATV de fibra óptica que utiliza amplificadores ópticos no solo puede aumentar en gran medida el número de usuarios distribuidos, sino que también amplía enormemente la ruta de la red. Desarrollos recientes han demostrado que la distribución de fibra óptica/híbrido (HFC) atrae las fortalezas de ambos y tiene una fuerte competitividad.
La Figura 4 es un ejemplo de una red de distribución de fibra óptica para la modulación AM-VSB de 35 canales de TV. La fuente de luz del transmisor es DFB-LD con una longitud de onda de 1550 nm y potencia de salida de 3.3dbm. Usando EDFA de 4 niveles como un amplificador de distribución de potencia, su potencia de entrada es de aproximadamente -6dbm, y su potencia de salida es de aproximadamente 13dbm. Sensibilidad del receptor óptico -9.2D BM. Después de 4 niveles de distribución, el número total de usuarios ha alcanzado los 4.2 millones, y la ruta de la red es más que decenas de kilómetros. La relación señal / ruido ponderada de la prueba fue mayor que 45dB, y EDFA no causó una reducción en la OSC.
Tiempo de publicación: abril-23-2023