Порівняння різних типів оптичних підсилювачів
Оптичний підсилювач є важливою технологією для оптичних мереж зв'язку. Без необхідності спочатку перетворити його в електричний сигнал, оптичні підсилювачі зараз використовуються замість повторювачів. Як відомо, існує кілька типів оптичних підсилювачів. Серед них основними технологіями підсилювача є допоміжний волоконний підсилювач (наприклад, EDFA), напівпровідниковий оптичний підсилювач (SOA) і волоконно-рамановский підсилювач. Сьогодні ми збираємося вивчити та порівняти різні типи оптичних підсилювачів у цій роботі.
Перш ніж порівнювати різні типи оптичних підсилювачів, давайте уважніше розглянемо оптоволоконний підсилювач. Загалом, ретранслятор містить приймач і передавач, об'єднані в одному пакеті. Приймач перетворює вхідну оптичну енергію в електричну. Електричний вихід приймача приводить в дію електричний вхід передавача. Оптичний вихід передавача являє собою посилену версію оптичного вхідного сигналу плюс шум. Ретранслятори не працюють для волоконно-оптичних мереж, де багато передавачів посилають сигнали багатьом приймачам з різною швидкістю передачі даних і в різних форматах. Однак, на відміну від ретранслятора, оптичний підсилювач підсилює оптичний сигнал безпосередньо без електричного і електричного оптичного перетворення. Крім того, ідеальний оптичний підсилювач може підтримувати багатоканальну роботу в якомога ширшому діапазоні довжин хвиль, забезпечуючи плоский коефіцієнт посилення у великому діапазоні динамічного посилення, мають високу потужність насиченого виходу, низький рівень шуму і ефективне перехідне придушення. Кілька переваг оптичних підсилювачів такі:
Підтримка будь-якої швидкості і формату сигналу
Підтримують всю область довжин хвиль
Збільшення потужності волоконно-оптичних зв'язків за допомогою WDM
Забезпечують можливість використання оптичних мереж, а не просто "точка-точка"
ОК, після короткого введення оптичних підсилювачів, ми формально починаємо сьогоднішню основну тему. Як ми говоримо вище, існують три основні типи сучасних підсилювальних технологій. Кожен з них має свій принцип роботи, особливості та застосування. Ми опишемо їх по черзі в наступних пунктах.
Підсилювач легованих волокон (типовий представник: EDFA)
Оптичний підсилювач з ербієм (EDFA) є найбільш широко використовуваними волоконно-оптичними підсилювачами, в основному виготовленими з ербієвого волокна (EDF), джерела світла насоса, оптичних муфт, оптичних ізоляторів, оптичних фільтрів та інших компонентів. Серед них слідова домішка у вигляді тривалентного іона ербію вставляється в силікатне ядро оптичного волокна, щоб змінити його оптичні властивості і дозволити посилення сигналу.
Принцип роботи
Принцип роботи EDFA полягає у використанні джерел світла насоса, які найчастіше мають довжину хвилі близько 980 нм, іноді близько 1450 нм, збуджує іони ербію (Er3 +) в стан 4I13 / 2 (у випадку 980 нм) накачування через 4I11 / 2), звідки вони можуть посилювати світло в області довжини хвилі 1,5 мкм через стимульоване випромінювання назад до колектора 4I15 / 2 основного стану.
Переваги та недоліки EDFA
Переваги
EDFA має високий коефіцієнт використання потужності насоса (> 50%)
Безпосередньо і одночасно посилюють широку смугу довжини хвилі (> 80 нм) в 1550 нм області, з відносно плоским посиленням
Рівність може бути покращена за допомогою оптичних фільтрів, що підсилюють збільшення
Приріст перевищує 50 дБ
Низький коефіцієнт шуму підходить для довготривалих додатків
Недоліки
Розмір EDFA не малий
Вона не може бути інтегрована з іншими напівпровідниковими deviecs
Напівпровідниковий оптичний підсилювач (SOA)
Напівпровідниковий оптичний підсилювач - це один з типів оптичних підсилювачів, які використовують напівпровідник для забезпечення коефіцієнта підсилення. Вони мають подібну структуру з лазерними діодами Фабрі – Перо, але з елементами дизайну антивідбиття на торцях. На відміну від інших оптичних підсилювачів SOAs перекачуються електронним способом (тобто безпосередньо через прикладений струм), а окремий лазер накачування не потрібно.
Принцип роботи
1. Стимульоване випромінювання для посилення оптичного сигналу.
2.Активна область напівпровідника.
3.Інжекційний струм для накачування електронів в зоні провідності.
4.Вхідний сигнал стимулює перехід електронів до валентної зони для отримання посилення.
Переваги та недоліки SOA
Переваги
Напівпровідниковий оптичний підсилювач малого розміру і електрично перекачується.
Він може бути потенційно дешевшим, ніж EDFA і може бути інтегрований з напівпровідниковими лазерами, модуляторами тощо.
Всі чотири типи нелінійних операцій (модуляція перехресного посилення, перехресна фазова модуляція, перетворення довжини хвилі і чотирьох хвильове змішування) можуть бути проведені.
SOA може працювати з лазером малої потужності. Це відбувається з короткого часу наносекунди або меншого верхнього стану, так що коефіцієнт посилення швидко реагує на зміни потужності насоса або сигналу, а зміни посилення також викликають фазові зміни, які можуть спотворювати сигнали.
Недоліки
Продуктивність SOA досі не порівнянна з EDFA. SOA має більш високий рівень шуму, менший коефіцієнт підсилення, помірну залежність від поляризації та високу нелінійність з швидким перехідним часом.
Підсилювач волоконного раману (FRA)
Волоконно-комбінований підсилювач (FRA) також є відносно зрілим оптичним підсилювачем. У FRA оптичний сигнал посилюється за рахунок стимульованого рамановского розсіювання (SRS). Взагалі, FRA може поділятися на зосереджений тип, що називається LRA і розподілений тип, званий DRA. Засоби отримання волокна першого зазвичай знаходяться в межах 10 км. Крім того, він вимагає більш високої потужності насоса, як правило, від декількох до десяти ват, що може давати 40 дБ або навіть більше. В основному він використовується для посилення смуги оптичних сигналів, яких не може задовольнити EDFA. Засоби посилення волокон DRA зазвичай довше, ніж LRA, як правило, на десятки кілометрів, а потужність насоса - до сотень мегават. В основному він використовується в системі зв'язку DWDM, допоміжний EDFA для поліпшення продуктивності системи, пригнічуючи нелінійний ефект, знижуючи частоту потужності сигналу, покращуючи співвідношення сигнал / шум і підсилюючи онлайн.
Принцип роботи
Принцип FRA базується на ефекті Stimulated Raman Scattering (SRS). Отриманою середовищем є нелеговане оптичне волокно. Потужність передається оптичному сигналу нелінійним оптичним процесом, відомим як ефект комбінації. Інцидентний фотон збуджує електрон до віртуального стану, а вимушене випромінювання відбувається, коли електрон розпадається до коливального стану молекули скла. Стоксовий зсув, що відповідає власної енергії фонона, становить приблизно 13,2 ТГц для всіх оптичних волокон.
Переваги та недоліки FRA
Переваги
Можливе підсилення змінної довжини хвилі
Сумісний з встановленим SM волокном
Може використовуватися для розширення EDFA
Це може призвести до меншої середньої потужності, що перевищує проміжок
Можлива дуже широкосмугова операція
Недоліки
Високі вимоги до потужності насосів, лазери потужності насосів тільки недавно прибули
Необхідний складний контроль посилення
Шум також є проблемою
Резюме
Говорячи про ці три типи оптичних підсилювачів, ми робимо порівняння їх як наступну таблицю.
