Porovnanie rôznych typov optických zosilňovačov
Optický zosilňovač je dôležitou technológiou pre optické komunikačné siete. Bez potreby najprv ho premeniť na elektrický signál sa namiesto zosilňovačov používajú optické zosilňovače. Ako vieme, existuje niekoľko typov optických zosilňovačov. Medzi nimi sú hlavnými technológiami zosilňovačov Doped optické zosilňovače (napr. EDFA), polovodičový optický zosilňovač (SOA) a zosilňovač Fiber Raman. V tomto príspevku sa budeme zaoberať a porovnávať rôzne typy optických zosilňovačov.
Pred porovnaním rôznych typov optických zosilňovačov sa pozrieme bližšie na optický zosilňovač. Vo všeobecnosti opakovač obsahuje prijímač a vysielač kombinovaný v jednom balení. Prijímač prevádza prichádzajúcu optickú energiu na elektrickú energiu. Elektrický výstup prijímača poháňa elektrický vstup vysielača. Optický výstup vysielača predstavuje zosilnenú verziu optického vstupného signálu plus šum. Opakovače nepracujú pre optické siete, kde mnoho vysielačov vysiela signály mnohým prijímačom pri rôznych bitových rýchlostiach av rôznych formátoch. Na rozdiel od opakovača však optický zosilňovač zosilňuje optický signál priamo bez elektrickej a elektrickej optickej transformácie. Okrem toho, ideálny optický zosilňovač by mohol podporovať viackanálovú prevádzku v čo najväčšom možnom pásme vlnových dĺžok, poskytovať plochý zisk v širokom rozsahu dynamického zosilnenia, mať vysoký nasýtený výstupný výkon, nízky šum a účinné prechodové potlačenie. Niekoľko výhod optických zosilňovačov:
Podporte ľubovoľnú prenosovú rýchlosť a formát signálu
Podporte celú oblasť vlnových dĺžok
Zvýšte kapacitu optických káblov pomocou WDM
Poskytujú schopnosť všetkých optických sietí, nie iba point-to-point spojenia
OK, po krátkom predstavení optických zosilňovačov formálne začíname dnešnú hlavnú tému. Ako sme hovorili vyššie, existujú tri hlavné typy dnešnej technológie zosilňovačov. Každý z nich má svoj pracovný princíp, funkcie a aplikácie. V nasledujúcich odsekoch ich popíšeme jeden po druhom.
Dopovaný optický zosilňovač (typický zástupca: EDFA)
Erbium-dopovaný vláknový zosilňovač (EDFA) je najpoužívanejším vláknovým optickým zosilňovačom, hlavne vyrobený z Erbium-dopovaného vlákna (EDF), zdroja svetla čerpadla, optických spojok, optických izolátorov, optických filtrov a ďalších komponentov. Medzi nimi je stopová nečistota vo forme trojmocného erbiového iónu vložená do kremičitého jadra optického vlákna, aby sa zmenili jeho optické vlastnosti a umožnilo zosilnenie signálu.
Pracovný princíp
Pracovným princípom EDFA je použitie svetelných zdrojov čerpadla, ktoré majú najčastejšie vlnovú dĺžku okolo 980 nm a niekedy okolo 1450 nm, excitujú ióny erbia (Er3 +) do stavu 4I13 / 2 (v prípade 980 nm). čerpania cez 4I11 / 2), odkiaľ môžu zosilniť svetlo v oblasti vlnových dĺžok 1,5 μm prostredníctvom stimulovanej emisie späť do rozdeľovača 4I15 / 2.
Výhody a nevýhody EDFA
výhody
EDFA má vysoké využitie čerpadla (> 50%)
Priamo a simultánne zosilňujú široké pásmo vlnových dĺžok (> 80 nm) v oblasti 1550 nm s relatívne plochým ziskom
Rovnosť môže byť zlepšená optickými filtrami so sploštením
Dosiahne viac ako 50 dB
Nízka hlučnosť je vhodná pre aplikácie na dlhé trate
nevýhody
Veľkosť EDFA nie je malá
Nemôže byť integrovaný s inými polovodičovými obvodmi
Polovodičový optický zosilňovač (SOA) \ t
Polovodičový optický zosilňovač je jeden typ optického zosilňovača, ktorý využíva polovodič na poskytnutie zosilňovacieho média. Majú podobnú štruktúru ako laserové diódy Fabry-Perot, ale na koncových plochách majú antireflexné prvky. Na rozdiel od iných optických zosilňovačov sa SOA čerpajú elektronicky (tj priamo cez aplikovaný prúd) a nie je potrebný samostatný čerpadlový laser.
Pracovný princíp
1.Stimulovaná emisia na zosilnenie optického signálu.
2.Aktívna oblasť polovodiča.
3.Vstrekovací prúd na čerpanie elektrónov na vodivom pásme.
4. Vstupný signál stimuluje prechod elektrónov do valenčného pásma na získanie zosilnenia.
Výhody a nevýhody SOA
výhody
Polovodičový optický zosilňovač je malej veľkosti a elektricky sa čerpá.
Môže byť potenciálne lacnejšia ako EDFA a môže byť integrovaná s polovodičovými lasermi, modulátormi atď.
Všetky štyri typy nelineárnych operácií (modulácia krížového zosilnenia, modulácia s krížovou fázou, konverzia vlnovej dĺžky a štvorvlnové miešanie) môžu byť realizované.
SOA je možné prevádzkovať s laserom s nízkym výkonom. To vyplýva z krátkeho nanosekundového alebo menšieho životného cyklu, takže zosilnenie reaguje rýchlo na zmeny výkonu čerpadla alebo signálu a zmeny zosilnenia tiež spôsobujú fázové zmeny, ktoré môžu skresliť signály.
nevýhody
Výkonnosť SOA stále nie je porovnateľná s EDFA. SOA má vyšší šum, nižší zisk, strednú polarizačnú závislosť a vysokú nelinearitu s rýchlym prechodným časom.
Fiber Raman zosilňovač (FRA)
Fiber Raman Amplifier (FRA) je tiež pomerne zrelý optický zosilňovač. V FRA je optický signál zosilnený v dôsledku stimulovaného Ramanovho rozptylu (SRS). Všeobecne platí, že FRA plechovka je rozdelená na typ s názvom LRA a distribuovaný typ s názvom DRA. Médiá s vláknovým ziskom prvej sú zvyčajne vo vzdialenosti do 10 km. Okrem toho si vyžaduje vyšší výkon čerpadla, spravidla v niekoľkých až desiatkach wattov, ktoré môžu produkovať 40 dB alebo dokonca nad ziskami. Používa sa hlavne na zosilnenie optického signálneho pásma, ktoré EDFA nemôže uspokojiť. Médium s vláknovým ziskom DRA je zvyčajne dlhšie ako LRA, všeobecne na desiatky kilometrov, zatiaľ čo výkon zdroja čerpadla je nižší ako stovky megawattov. Používa sa hlavne v komunikačnom systéme DWDM, ktorý pomáha EDFA zlepšiť výkon systému, inhibuje nelineárny efekt, znižuje výskyt signálového výkonu, zlepšuje pomer signálu k šumu a zosilňuje online.
Pracovný princíp
Princíp FRA je založený na Stimulovanom Ramanovom rozptylovom (SRS) účinku. Ziskové médium je nedopované optické vlákno. Výkon sa prenáša na optický signál nelineárnym optickým procesom známym ako Ramanov efekt. Incidentný fotón excituje elektrón do virtuálneho stavu a stimulovaná emisia nastáva, keď elektrón de-excituje do vibračného stavu molekuly skla. Stokesov posun zodpovedajúci vlastnej energii fononu je približne 13,2 THz pre všetky optické vlákna.
Výhody a nevýhody FRA
výhody
Možné je zosilňovanie s premenlivou vlnovou dĺžkou
Kompatibilný s nainštalovaným SM vláknom
Môže byť použitý na rozšírenie EDFA
Môže viesť k nižšiemu priemernému výkonu v rozpätí, ktorý je vhodný pre nižšie presluchy
Môže byť možná veľmi širokopásmová prevádzka
nevýhody
Vysoké požiadavky na výkon čerpadla, vysokovýkonné lasery len nedávno prišli
Potrebné je sofistikované riadenie zisku
Problémom je aj hluk
zhrnutie
Po rozhovore o týchto troch typoch optických zosilňovačov ich porovnávame ako nasledujúcu tabuľku.
