Jämförelse av olika typer av optiska förstärkare
Optisk förstärkare är en viktig teknik för optiska kommunikationsnät. Utan att man först behöver konvertera den till en elektrisk signal, används de optiska förstärkarna istället för repeterare. Som vi vet finns det flera typer av optiska förstärkare. Bland dem är huvudförstärkartekniken dopad fiberförstärkare (t.ex. EDFA), halvledaroptisk förstärkare (SOA) och Fiber Raman-förstärkare. Idag ska vi studera och jämföra olika typer av optiska förstärkare i detta dokument.
Innan man jämför olika typer av optiska förstärkare, låt oss ta en närmare titt på fiberoptisk förstärkare. I allmänhet innefattar en repeater en mottagare och sändare kombinerad i ett paket. Mottagaren omvandlar inkommande optisk energi till elektrisk energi. Mottagarens elektriska utgång styr frekvensomriktarens elektriska ingång. Sändarens optiska utgång representerar en förstärkt version av den optiska ingångssignalen plus bruset. Repeaters fungerar inte för fiberoptiska nätverk, där många sändare skickar signaler till många mottagare med olika bithastigheter och i olika format. I motsats till en repeater förstärker dock en optisk förstärkare optisk signal direkt utan elektrisk och elektrisk optisk transformation. Dessutom kan en idealisk optisk förstärkare stödja flerkanalsdrift över så stort som möjligt ett våglängdsband, ge platt förstärkning över ett stort dynamiskt förstärkningsområde, ha en hög mättad utgångseffekt, låg ljudnivå och effektiv övergående undertryckning. Flera fördelar med optiska förstärkare som följande:
Stöd för bitrate och signalformat
Stöd hela regionen av våglängder
Öka kapaciteten hos fiberoptiska länkar genom att använda WDM
Ge möjlighet till alla optiska nätverk, inte bara punkt-till-punkt-länkar
OK, efter en kort introduktion av de optiska förstärkare, börjar vi formellt dagens huvudämne. Som vi pratar ovan finns det tre huvudtyper av dagens förstärkarteknik. Var och en av dem har sin egen arbetsprincip, funktioner och applikationer. Vi kommer att beskriva dem en efter en i följande stycken.
Doped fiberförstärkare (Den typiska representanten: EDFA)
Erbiumdopad fiberförstärkare (EDFA) är den mest använda fiberoptiska förstärkaren, huvudsakligen tillverkad av Erbium-doped fiber (EDF), pumpljuskälla, optiska kopplare, optiska isolatorer, optiska filter och andra komponenter. Bland dem införs en spårförorening i form av en trivalent erbiumjon i den optiska fiberens kiseldioxidkärna för att ändra dess optiska egenskaper och tillåta signalförstärkning.
Arbetsprincip
EDFA: s arbetsprincip är att använda pumpljuskällorna, som oftast har en våglängd på omkring 980 nm och ibland runt 1450 nm, exciterar erbiumjonerna (Er3 +) i 4I13 / 2-tillståndet (vid 980 nm pumpning via 411/2), varifrån de kan förstärka ljuset i 1,5 μm våglängdsregionen via stimulerat utsläpp tillbaka till jordstegsgrenröret 4I15 / 2.
Fördelar och nackdelar med EDFA
fördelar
EDFA har ett högt pumpeffektutnyttjande (> 50%)
Direkt och samtidigt förstärka ett brett våglängdsband (> 80 nm) i 1550 nm-regionen med en relativt platt förstärkning
Flatness kan förbättras med förstärkningsoptiska filter
Få mer än 50 dB
Låg ljudsyfte lämplig för långdistansapplikationer
nackdelar
Storleken på EDFA är inte liten
Det kan inte integreras med andra halvledar deviecs
Halvledare optisk förstärkare (SOA)
Halvledare optisk förstärkare är en typ av optisk förstärkare som använder en halvledare för att ge förstärkemediet. De har en liknande struktur för Fabry-Perots laserdioder men med reflektionsdesignelement i ändytorna. Till skillnad från andra optiska förstärkare pumpas SOAs elektroniskt (dvs. direkt via en applicerad ström), och en separat pumplaser behövs inte.
Arbetsprincip
1.Stimulerad emission för att förstärka en optisk signal.
2.Aktiva regionen hos halvledaren.
3.Injektionsström till pumpelektron vid ledningsbandet.
4. Ingångssignalen stimulerar övergången av elektroner ner till valensbandet för att förvärva en förstärkning.
Fördelar och nackdelar med SOA
fördelar
Den halvledande optiska förstärkaren är av liten storlek och elektriskt pumpad.
Det kan vara potentiellt billigare än EDFA och kan integreras med halvledarlaser, modulatorer etc.
Alla fyra typer av olinjära operationer (cross gain modulering, korsfas modulering, våglängdsomvandling och fyra vågblandning) kan adderas.
SOA kan köras med en laser med låg effekt. Detta härrör från den korta nanosekunden eller mindre övre statens livstid, så att förstärkningen reagerar snabbt på förändringar av pump eller signalkraft och förändringarna av förstärkningen medför också fasförändringar som kan snedvrida signalerna.
nackdelar
SOA: s prestanda är fortfarande inte jämförbar med EDFA. SOA har högre ljud, lägre förstärkning, måttligt polarisationsberoende och hög icke-linearitet med snabb övergångstid.
Fiber Raman-förstärkare (FRA)
Fiber Raman förstärkare (FRA) är också en relativt mogen optisk förstärkare. I en FRA amplifieras den optiska signalen på grund av stimulerad Ramanspridning (SRS). Generellt är FRA-kan delas in i klumpig typ som heter LRA och distribuerad typ som kallas DRA. Fiberförstärkningsmediet av den tidigare är vanligtvis inom 10 km. Dessutom krävs det för högre pumpkraft, i allmänhet i några till ett dussin watt som kan producera 40 dB eller till och med övervinster. Det används huvudsakligen för att förstärka det optiska signalbandet som EDFA inte kan uppfylla. Fiberförstärkningsmediet av DRA är vanligtvis längre än LRA, vanligen i dussintals kilometer medan pumpkällan är nere till hundratals megawatt. Den används främst i DWDM-kommunikationssystem, som hjälper EDFA att förbättra systemets prestanda, hämmar icke-linjär effekt, minskar förekomsten av signalstyrka, förbättrar signal-brusförhållandet och förstärks online.
Arbetsprincip
Principen för FRA är baserad på Stimulated Raman Scattering (SRS) -effekten. Förstärkningsmediet är odödad optisk fiber. Effekt överförs till den optiska signalen med en icke-linjär optisk process känd som Raman-effekten. En incidentfoton exciterar en elektron till det virtuella tillståndet och det stimulerade utsläppet inträffar när elektronen spänner ner till det vibrerande tillståndet i glasmolekylen. Stokes-skiftet som motsvarar egenfonen hos en fonon är ungefär 13,2 THz för alla optiska fibrer.
Fördelar och nackdelar med FRA
fördelar
Variabel våglängdsförstärkning möjlig
Kompatibel med installerad SM-fiber
Kan användas för att förlänga EDFA
Kan resultera i en lägre genomsnittlig effekt över ett spann, vilket är bra för lägre kryssning
Mycket bredbandsoperation kan vara möjlig
nackdelar
Höga pumpkraftsbehov, höga pumpkraftlasrar har nyligen kommit fram
Sofistikerad förstärkningskontroll behövs
Buller är också ett problem
Sammanfattning
Efter att ha pratat om dessa tre typer av optiska förstärkare gör vi en jämförelse av dem som följande tabell.
