1. Clasificación deFiberAamplificadores
Hay tres tipos principales de amplificadores ópticos:
(1) Amplificador óptico semiconductor (SOA, amplificador óptico semiconductor);
(2) Amplificadores de fibra óptica dopados con elementos de tierras raras (erbio Er, tulio Tm, praseodimio Pr, rubidio Nd, etc.), principalmente amplificadores de fibra dopados con erbio (EDFA), así como amplificadores de fibra dopada con tulio (TDFA) y amplificadores de fibra dopada con praseodimio (PDFA), etc.
(3) Amplificadores de fibra no lineales, principalmente amplificadores de fibra Raman (FRA, Fiber Raman Amplifier).La principal comparación de rendimiento de estos amplificadores ópticos se muestra en la tabla.
EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio)
Se puede formar un sistema láser de niveles múltiples 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 la información adecuada, se forma un láser de fibra.La longitud de onda de trabajo del amplificador de fibra dopada con Nd es de 1060 nm y 1330 nm, y su desarrollo y aplicación son limitados debido a la desviación del mejor puerto sumidero de comunicación de fibra óptica y otras razones.Las longitudes de onda operativas de EDFA y PDFA se encuentran respectivamente en la ventana de longitud de onda de pérdida más baja (1550 nm) y de dispersión cero (1300 nm) de la comunicación por fibra óptica, y TDFA opera en la banda S, que son muy adecuadas para aplicaciones de sistemas de comunicación por fibra óptica. .Especialmente EDFA, el desarrollo más rápido, ha resultado práctico.
ElPprincipio 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 de aproximadamente decenas de metros de largo, con un diámetro central de 3-5 micrones y una concentración de dopaje de (25 -1000)x10-6), fuente de luz de bomba (990 o 1480 nm LD), acoplador óptico y aislador 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 señal y la luz de la bomba se inyectan en la fibra de erbio al mismo tiempo, los iones de erbio 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 decae rápidamente al nivel de energía metaestable, cuando regresa al estado fundamental bajo la acción de la luz de señal incidente, emite fotones correspondientes a la luz de señal, de modo que la señal se amplifica.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 alta ganancia, gran ancho de banda, alta potencia de salida, alta eficiencia de la bomba, baja pérdida de inserción e insensibilidad al estado de polarización.
2. Problemas con los amplificadores de fibra óptica
Aunque el amplificador óptico (especialmente EDFA) tiene muchas ventajas destacadas, no es un amplificador ideal.Además del ruido adicional que reduce la SNR de la señal, existen otras deficiencias, como por ejemplo:
- La desigualdad del espectro de ganancia dentro del ancho de banda del amplificador afecta el rendimiento de la amplificación multicanal;
- Cuando los amplificadores ópticos están conectados en cascada, se acumularán los efectos del ruido ASE, la dispersión de la fibra y los efectos no lineales.
Estas cuestiones deben considerarse en el diseño de aplicaciones y sistemas.
3. Aplicación del amplificador óptico en el sistema de comunicación por fibra óptica
En el sistema de comunicación por fibra óptica, elAmplificador de fibra ópticaSe puede utilizar no solo como amplificador de potencia del transmisor para aumentar la potencia de transmisión, sino también como preamplificador del receptor para mejorar la sensibilidad de recepción, y también puede reemplazar el repetidor óptico-eléctrico-óptico tradicional para extender la transmisión. Distancia y realizar comunicación totalmente óptica.
En los sistemas de comunicación por fibra óptica, los principales factores que limitan la distancia de transmisión son la pérdida y dispersión de la fibra óptica.Al utilizar una fuente de luz de espectro estrecho o trabajar cerca de la longitud de onda de dispersión cero, la influencia de la dispersión de la fibra es pequeña.Este sistema no necesita realizar una regeneración completa de sincronización de señal (relé 3R) en cada estación repetidora.Basta con amplificar directamente la señal óptica con un amplificador óptico (relé 1R).Los amplificadores ópticos se pueden utilizar no sólo en sistemas troncales de larga distancia sino también en redes de distribución de fibra óptica, especialmente en sistemas WDM, para amplificar múltiples canales simultáneamente.
1) Aplicación de amplificadores ópticos en sistemas de comunicación troncales de fibra óptica
La Fig. 2 es un diagrama esquemático de la aplicación del amplificador óptico en el sistema de comunicación troncal de fibra óptica.(a) la imagen muestra que el amplificador óptico se utiliza como amplificador de potencia del transmisor y preamplificador del receptor, de modo que la distancia sin retransmisión se duplica.Por ejemplo, al adoptar EDFA, el sistema de transmisión La distancia de 1,8 Gb/s aumenta de 120 km a 250 km o incluso llega a 400 km.La Figura 2 (b)-(d) es la aplicación de amplificadores ópticos en sistemas de relés múltiples;La figura (b) es el modo de retransmisión 3R tradicional;La figura (c) es el modo de retransmisión mixto de repetidores y amplificadores ópticos 3R;Figura 2 (d) Es un modo de relé totalmente óptico;en un sistema de comunicación totalmente óptico, no incluye circuitos de temporización y regeneración, por lo que es poco transparente y no existe ninguna restricción de "bigotes de botella electrónicos".Siempre que se reemplacen los equipos de envío y recepción en ambos extremos, es fácil actualizar de una velocidad baja a una velocidad alta y no es necesario reemplazar el amplificador óptico.
2) Aplicación de amplificador óptico en red de distribución de fibra óptica
Las ventajas de alta potencia de salida de los amplificadores ópticos (especialmente EDFA) son muy útiles en redes de distribución de banda ancha (comotelevisión por cableRedes).La red CATV tradicional utiliza cable coaxial, que debe amplificarse cada varios 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 también ampliar en gran medida la ruta de la red.Los acontecimientos recientes han demostrado que la distribución de fibra óptica/híbrida (HFC) aprovecha los puntos fuertes de ambos y tiene una fuerte competitividad.
La Figura 4 es un ejemplo de una red de distribución de fibra óptica para 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 una potencia de salida de 3,3 dBm.Utilizando EDFA de 4 niveles como amplificador de distribución de energía, su potencia de entrada es de aproximadamente -6 dBm y su potencia de salida es de aproximadamente 13 dBm.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 supera las decenas de kilómetros.La relación señal-ruido ponderada de la prueba fue superior a 45 dB y el EDFA no provocó una reducción del CSO.
Hora de publicación: 23 de abril de 2023