Különböző típusú optikai erősítők összehasonlítása
Az optikai erősítő fontos technológia az optikai kommunikációs hálózatok számára. Anélkül, hogy először elektromos jelké alakítanánk, az optikai erősítőket most ismétlők helyett használjuk. Mint tudjuk, többféle optikai erősítő van. Ezek közül a fő erősítő technológiák a Doped szálerősítő (pl. EDFA), a félvezető optikai erősítő (SOA) és a Fiber Raman erősítő. Ma tanulmányozzuk és összehasonlítjuk a különböző típusú optikai erősítőket.
A különböző típusú optikai erősítők összehasonlítása előtt nézzük meg közelebbről a száloptikai erősítőt. Általánosságban elmondható, hogy az átjátszó tartalmaz egy vevőegységet és adót egy csomagban. A vevő átalakítja a bejövő optikai energiát elektromos energiává. A vevő elektromos kimenete hajtja az adó elektromos bemenetét. Az adó optikai kimenete az optikai bemeneti jel és a zaj erősített változata. Az ismétlők nem működnek száloptikás hálózatokban, ahol sok adó több jelet küld különböző vevőkészülékekhez különböző bitsebességgel és különböző formátumokban. Az ismétlőtől eltérően azonban az optikai erősítő közvetlenül az elektromos és elektromos optikai átalakítás nélkül erősíti az optikai jelet. Ezen túlmenően, egy ideális optikai erősítő támogatja a többcsatornás működést a lehető legszélesebb hullámhosszú sávon, és egy nagy dinamikus erősítési tartományban lapos nyereséget biztosít, magas telített kimeneti teljesítménye, alacsony zajszintje és hatékony átmeneti elnyomása. Az optikai erősítők számos előnye a következő:
Minden bitsebesség és jelformátum támogatása
Támogassa a teljes hullámhossz-tartományt
A WDM használatával növelje a száloptikai kapcsolatok kapacitását
Biztosítsa az összes optikai hálózatok képességét, nem csak a pont-pont kapcsolatokat
OK, az optikai erősítők rövid bemutatása után hivatalosan megkezdjük a mai fő témát. Amint fentebb beszéltünk, a mai erősítő technológiának három fő típusa van. Mindegyiknek saját működési elve, jellemzői és alkalmazásai vannak. A következő bekezdésekben egyenként írjuk le őket.
Dopott szálerősítő (A tipikus képviselő: EDFA)
Az Erbium-adalékolt szálerősítő (EDFA) a legszélesebb körben használt száloptikai erősítők, főleg az Erbium-adalékolt szálból (EDF), a szivattyú fényforrásából, az optikai csatlakozókból, az optikai leválasztókból, az optikai szűrőkből és más alkatrészekből. Ezek közül egy háromértékű erbiumion formájában lévő nyomelem-szennyeződést helyezünk az optikai szál szilícium-dioxid magjába, hogy megváltoztassa az optikai tulajdonságait és lehetővé tegye a jelerősítést.
Működési elv
Az EDFA működési elve a szivattyú fényforrások használata, amelyek leggyakrabban 980 nm és néha 1450 nm hullámhosszúságúak, az erbiumionokat (Er3 +) gerjesztik a 4I13 / 2 állapotba (980 nm esetén). 4I11 / 2-en keresztül), ahonnan az 1,5 μm-es hullámhossz-tartományban a fényt a 4I15 / 2 földi állapotú szívócsőbe történő stimulált kibocsátással erősíthetik.
Az EDFA előnyei és hátrányai
Előnyök
Az EDFA nagy szivattyúteljesítmény-kihasználtsággal rendelkezik (> 50%)
Közvetlenül és egyidejűleg szélesíti a széles hullámhosszúságú sávot (> 80 nm) az 1550 nm-es régióban, viszonylag lapos nyereséggel
A síkság növelhető az optikai szűrők erősítésével
50 dB-t meghaladó nyereség
Alacsony zajszint a hosszú távú alkalmazásokhoz
hátrányok
Az EDFA mérete nem kicsi
Nem integrálható más félvezetővel
Félvezető optikai erősítő (SOA)
A félvezető optikai erősítő egyfajta optikai erősítő, amely félvezetőt használ az erősítő közeg biztosításához. Hasonló szerkezetűek a Fabry – Perot lézerdiódákkal, de a végfelületeken tükröződésgátló design elemekkel rendelkeznek. Más optikai erősítőkkel ellentétben a SOA-kat elektronikus úton pumpáljuk (azaz közvetlenül egy alkalmazott áramon keresztül), és nem szükséges külön szivattyú lézer.
Működési elv
1.Simulált emisszió optikai jel erősítésére.
2.A félvezető aktív területe.
3. Befecskendező áram a szivattyú elektronokhoz a vezetési sávon.
4.A bemeneti jel stimulálja az elektronok átmenetét a valencia sávba, hogy megszerezzék az amplifikációt.
A SOA előnyei és hátrányai
Előnyök
A félvezető optikai erősítő kis méretű és elektromosan pumpált.
Lehet, hogy az olcsóbb, mint az EDFA, és integrálható félvezető lézerekkel, modulátorokkal stb.
Mind a négy nemlineáris művelet (kereszt-erősítés moduláció, keresztfázis-moduláció, hullámhossz-átalakítás és négy hullámos keverés) mindegyikét meg lehet valósítani.
A SOA kis teljesítményű lézerrel futtatható. Ez a rövid nanoszekundum vagy kevesebb felső állapot élettartamából származik, így az erősítés gyorsan reagál a szivattyú vagy a jel teljesítményének változására, és az erősítésváltozások fázisváltozásokat is okoznak, amelyek torzíthatják a jeleket.
hátrányok
A SOA teljesítménye még mindig nem hasonlítható össze az EDFA-val. A SOA-nak nagyobb zajszintje, alacsonyabb erőssége, mérsékelt polarizációs függősége és magas nemlinearitása van gyors átmeneti idővel.
Fiber Raman erősítő (FRA)
A Fiber Raman erősítő (FRA) szintén viszonylag érett optikai erősítő. Egy FRA-ban az optikai jel erősítése a stimulált Raman-szórás (SRS) miatt. Általánosságban elmondható, hogy az FRA-t LRA-ba és osztott típusú DRA-ra lehet osztani. Az előbbi szálerősítő közeg általában 10 km-en belül van. Ezen túlmenően magasabb szivattyúteljesítményre van szükség, általában néhány-egy tucat wattnál, ami 40 dB-t vagy akár többletet is eredményezhet. Elsősorban az optikai jelsáv erősítésére használják, amelyből az EDFA nem képes kielégíteni. A DRA szálerősítési adathordozója általában hosszabb, mint az LRA, általában több tucat kilométerre, míg a szivattyú forrás teljesítménye több száz megawattra esik. Ezt elsősorban a DWDM kommunikációs rendszerben használják, az EDFA segédprogramja a rendszer teljesítményének javítására, a nemlineáris hatás gátlására, a jelerősség előfordulásának csökkentésére, a jel-zaj arány javítására és az online erősítésre.
Működési elv
Az FRA elve a Stimulált Ramanszórás (SRS) hatásán alapul. A nyerési közeg nem megkötött optikai szál. A teljesítményt az optikai jelre egy nemlineáris optikai folyamat adja át, amit Raman-effektusnak nevezünk. Az incidens foton izgatja az elektronot a virtuális állapotba, és a stimulált emisszió akkor keletkezik, amikor az elektron az excidálódik az üvegmolekula rezgési állapotába. A fonon saját energiájának megfelelő Stokes-váltás körülbelül 13,2 THz minden optikai szál esetében.
Az FRA előnyei és hátrányai
Előnyök
Változó hullámhosszú erősítés lehetséges
Kompatibilis a telepített SM rostokkal
Használható az EDFA-k kiterjesztésére
Alacsonyabb átlagteljesítményt eredményezhet egy span-nál, jó az alacsonyabb áthidaláshoz
Nagyon szélessávú működés lehetséges
hátrányok
Nagy szivattyúteljesítményigény, csak a nagy szivattyú teljesítményű lézerek érkeztek
Kifinomult nyereségszabályozás szükséges
A zaj is problémát jelent
összefoglalás
Miután megvitattuk ezeket a háromféle optikai erősítőt, összehasonlítjuk őket az alábbi táblázatban.
