Сравнение на различни типове оптични усилватели
Оптичният усилвател е важна технология за оптични комуникационни мрежи. Без да е необходимо първо да се преобразува в електрически сигнал, оптичните усилватели се използват вместо ретранслатори. Както знаем, има няколко вида оптични усилватели. Сред тях, основните технологии на усилвателя са усилвател с влакна (напр. EDFA), полупроводникови оптични усилватели (SOA) и Fiber Raman усилвател. Днес ще проучим и сравним различни видове оптични усилватели в тази статия.
Преди сравнението на различните видове оптични усилватели, нека погледнем по-отблизо оптичния усилвател. Като цяло, един повторител включва приемник и предавател, комбинирани в един пакет. Приемникът преобразува входящата оптична енергия в електрическа енергия. Електрическата мощност на приемника управлява електрическия вход на предавателя. Оптичният изход на предавателя представлява усилена версия на оптичния входен сигнал плюс шум. Ретранслаторите не работят за оптични мрежи, където много предаватели изпращат сигнали до много приемници с различна скорост и в различни формати. Въпреки това, за разлика от един ретранслатор, оптичен усилвател усилва оптичния сигнал директно без електрическа и електрическа оптична трансформация. В допълнение, идеалният оптичен усилвател може да поддържа многоканална работа с възможно най-широк обхват на дължината на вълната, да осигурява плоска печалба при голям динамичен диапазон на усилване, да има висока наситена изходна мощност, нисък шум и ефективно преходно потискане. Няколко предимства на оптичните усилватели, както следва:
Поддръжка на всеки битрейт и формат на сигнала
Поддържа цялата област на дължини на вълните
Увеличете капацитета на оптичните връзки чрез използване на WDM
Осигуряване на възможностите на всички оптични мрежи, а не само връзки от точка до точка
ОК, след кратко въвеждане на оптичните усилватели, официално започваме днешната основна тема. Както говорим по-горе, има три основни типа технология на усилвателя днес. Всеки от тях има свой принцип на работа, характеристики и приложения. Ще ги опишем един по един в следващите параграфи.
Усилвател с легирани влакна (типичният представител: EDFA)
Усилвателят с ербиево-легирани влакна (EDFA) е най-широко използваният оптичен усилвател, главно от ербиево-легирани влакна (EDF), помпа светлинен източник, оптични съединители, оптични изолатори, оптични филтри и други компоненти. Сред тях, следи от примеси във формата на тривалентен ербиев йон се вкарват в силициевото ядро на оптичното влакно, за да променят неговите оптични свойства и да позволят усилване на сигнала.
Принцип на работа
Принципът на работа на EDFA е да се използват източниците на светлина на помпата, които най-често имат дължина на вълната около 980 nm, а понякога и около 1450 nm, възбужда ербиевите йони (Er3 +) в състоянието 4I13 / 2 (в случая на 980 nm изпомпване през 4I11 / 2), откъдето те могат да усилват светлината в областта на дължината на вълната 1,5 μm чрез стимулирано излъчване обратно към колектора 4I15 / 2 на земното състояние.
Предимства и недостатъци на EDFA
Предимства
EDFA има висока консумация на мощност на помпата (> 50%)
Директно и едновременно усилват широка лента с дължина на вълната (> 80nm) в 1550nm регион, с относително плосък ръст
Равномерността може да бъде подобрена чрез оптични филтри за усилване
Усилване над 50 dB
Нисък шум, подходящ за приложения на дълги разстояния
Недостатъци
Размерът на EDFA не е малък
Тя не може да бъде интегрирана с други полупроводникови девиаци
Полупроводников оптичен усилвател (SOA)
Полупроводниковият оптичен усилвател е един вид оптичен усилвател, който използва полупроводник за осигуряване на усилващата среда. Те имат сходна структура с лазерните диоди на Фабри-Перо, но с антирефлексни дизайнерски елементи на крайните повърхности. За разлика от други оптични усилватели SOA се изпомпват по електронен път (т.е. директно чрез приложен ток) и не се изисква отделен лазерен помпа.
Принцип на работа
1.Симулирани емисии за усилване на оптичен сигнал.
2.Активна област на полупроводника.
3.Инжекционен ток за изпомпване на електрони в проводима зона.
4.Входният сигнал стимулира прехода на електрони до валентната лента, за да придобие усилване.
Предимства и недостатъци на SOA
Предимства
Полупроводниковият оптичен усилвател е с малък размер и електрически изпомпван.
Той може да бъде потенциално по-евтин от EDFA и може да бъде интегриран с полупроводникови лазери, модулатори и др.
Всички четири типа нелинейни операции (кръстосано усилване модулация, напречно фазова модулация, преобразуване на дължина на вълната и четири вълна смесване) могат да бъдат проведени.
SOA може да се работи с лазер с ниска мощност. Това произтича от краткия живот на наносекундата или по-малкото горно състояние, така че усилването реагира бързо на промените в мощността на помпата или сигнала и промените в усилването също предизвикват фазови промени, които могат да нарушат сигналите.
Недостатъци
Представянето на SOA все още не е сравнимо с EDFA. SOA има по-висок шум, по-ниска печалба, умерена зависимост от поляризация и висока нелинейност с бързо преходно време.
Fiber Raman усилвател (FRA)
Fiber Raman усилвател (FRA) също е сравнително зрял оптичен усилвател. В FRA, оптичният сигнал се усилва поради стимулираното раманово разсейване (SRS). Като цяло, FRA може да бъде разделен на lumped тип, наречен LRA и разпределен тип, наречен DRA. Средствата за получаване на влакна от първите обикновено са в рамките на 10 км. В допълнение, той изисква по-висока мощност на помпата, обикновено в няколко до десет вата, които могат да произвеждат 40 dB или дори повече печалби. Той се използва главно за усилване на оптичната лента на сигнала, която EDFA не може да удовлетвори. Средството за натрупване на влакна в DRA обикновено е по-дълго от LRA, обикновено за десетки километри, докато източникът на помпа е до стотици мегавата. Той се използва главно в DWDM комуникационната система, спомагателна EDFA за подобряване на работата на системата, инхибиране на нелинейния ефект, намаляване на честотата на сигнала, подобряване на съотношението сигнал / шум и усилване онлайн.
Принцип на работа
Принципът на FRA се основава на ефекта на Stimulated Raman Scattering (SRS). Средството за усилване е нелегирано оптично влакно. Мощността се прехвърля към оптичния сигнал чрез нелинеен оптичен процес, известен като Раман ефект. Един инцидентен фотон възбужда електрона във виртуалното състояние и стимулираното излъчване възниква, когато електронът възбужда до вибрационното състояние на стъклената молекула. Стоксовото отклонение, съответстващо на собствената енергия на фонона, е приблизително 13,2 Тгц за всички оптични влакна.
Предимства и недостатъци на FRA
Предимства
Възможно е променливо усилване на дължината на вълната
Съвместим с инсталирани SM влакна
Може да се използва за удължаване на EDFAs
Може да доведе до по-ниска средна мощност над участъка, добра за по-ниски напрежения
Възможно е много широколентова работа
Недостатъци
Високите изисквания за мощност на помпата, лазерите с висока мощност на помпата са наскоро пристигнали
Необходим е сложен контрол на усилването
Шумът също е проблем
резюме
След като говорим за тези три вида оптични усилватели, правим сравнение между тях като следващата таблица.
