Dažādu optisko pastiprinātāju veidu salīdzinājums
Optiskais pastiprinātājs ir svarīga tehnoloģija optisko sakaru tīkliem. Bez nepieciešamības vispirms pārveidot to par elektrisko signālu, optiskais pastiprinātājs tagad tiek lietots atkārtotāju vietā. Kā zināms, ir vairāki optisko pastiprinātāju veidi. Starp tiem galvenās pastiprinātāju tehnoloģijas ir dopota šķiedras pastiprinātājs (piemēram, EDFA), pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (SOA) un Fiber Raman pastiprinātājs. Šodien mēs pētīsim un salīdzināsim dažāda veida optiskos pastiprinātājus šajā dokumentā.
Pirms dažādu optisko pastiprinātāju veidu salīdzināšanas apskatīsim optisko šķiedru pastiprinātāju. Kopumā retranslators ietver uztvērēju un raidītāju, kas apvienots vienā iepakojumā. Uztvērējs pārveido ienākošo optisko enerģiju par elektroenerģiju. Uztvērēja elektriskā jauda izraisa raidītāja elektrisko ieeju. Raidītāja optiskā izeja ir optiskās ievades signāla pastiprināta versija un troksnis. Atkārtotāji nedarbojas optisko šķiedru tīklos, kur daudzi raidītāji nosūta signālus uz daudziem uztvērējiem dažādos bitu pārraides ātrumos un dažādos formātos. Tomēr, atšķirībā no atkārtotāja, optiskais pastiprinātājs pastiprina optisko signālu tieši bez elektriskās un elektriskās optiskās transformācijas. Turklāt ideāls optiskais pastiprinātājs varētu atbalstīt vairāku kanālu darbību pēc iespējas plašākā viļņa garuma diapazonā, nodrošinot plakanu pastiprinājumu lielā dinamiskā pastiprinājuma diapazonā, ar augstu piesātinātās izejas jaudu, zemu trokšņu līmeni un efektīvu pārejošu slāpēšanu. Vairākas optisko pastiprinātāju priekšrocības ir šādas:
Atbalstiet jebkuru bitu pārraides ātrumu un signāla formātu
Atbalstiet visu viļņu garuma reģionu
Palieliniet optisko šķiedru savienojumu jaudu, izmantojot WDM
Nodrošināt visu optisko tīklu spējas, nevis tikai saiknes no punkta uz punktu
Labi, pēc īsa optisko pastiprinātāju ieviešanas, mēs oficiāli sākam šodienas galveno tēmu. Kā mēs runājam iepriekš, ir trīs galvenie mūsdienu pastiprinātāju tehnoloģiju veidi. Katram no tiem ir savs darba princips, funkcijas un pielietojumi. Turpmākajos punktos mēs tos aprakstīsim atsevišķi.
Dopinga šķiedras pastiprinātājs (tipiskais pārstāvis: EDFA)
Šķiedru pastiprinātājs (ar EDFA) ir visvairāk izmantots šķiedru optikas pastiprinātājs (EDFA), kas galvenokārt izgatavots no šķiedrām, kas ir ar Erbiju (EDF), sūkņa gaismas avots, optiskie savienotāji, optiskie izolatori, optiskie filtri un citi komponenti. Starp tiem, optiskās šķiedras silīcija dioksīda kodolā tiek ievietots pēdas piemaisījums trīsvērtīgā erbija jonu formā, lai mainītu tā optiskās īpašības un ļautu pastiprināt signālu.
Darba princips
EDFA darbības princips ir izmantot sūkņa gaismas avotus, kuru visbiežāk viļņa garums ir aptuveni 980 nm un dažreiz ap 1450 nm, erbija jonus (Er3 +) ierosina 4I13 / 2 stāvoklī (980 nm). caur 4I11 / 2), no kurienes tie var pastiprināt gaismu 1,5 μm viļņa garuma apgabalā, stimulējot emisiju atpakaļ uz zemes stāvokļa kolektoru 4I15 / 2.
EDFA priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības
EDFA ir augsta sūkņa jaudas izmantošana (> 50%)
Tieši un vienlaicīgi pastiprina plašu viļņa garuma joslu (> 80 nm) 1550nm reģionā, ar relatīvi nelielu pieaugumu
Plakanību var uzlabot, palielinot optiskos filtrus
Ieguvums pārsniedz 50 dB
Zema trokšņa līmenis ir piemērots lietošanai lielos attālumos
Trūkumi
EDFA izmērs nav mazs
To nevar integrēt ar citiem pusvadītāju devieciem
Pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (SOA)
Pusvadītāju optiskais pastiprinātājs ir viena veida optiskais pastiprinātājs, kas izmanto pusvadītāju, lai nodrošinātu pastiprinājuma vidi. Tām ir līdzīga struktūra kā Fabry – Perot lāzeru diodēm, bet gala virsmām ir pretatspīduma dizaina elementi. Atšķirībā no citiem optiskiem pastiprinātājiem SOA tiek sūknēti elektroniski (ti, tieši izmantojot piemērotu strāvu), un nav nepieciešams atsevišķs sūkņa lāzers.
Darba princips
1.Stimulēta emisija, lai pastiprinātu optisko signālu.
2. Pusvadītāja aktīvais reģions.
3.Injekcijas strāva sūkņa elektroniem pie vadīšanas joslas.
4. Ievades signāls stimulē elektronu pāreju uz valences joslu, lai iegūtu pastiprinājumu.
SOA priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības
Pusvadītāju optiskais pastiprinātājs ir maza izmēra un elektriski sūknēts.
Tas var būt potenciāli lētāks nekā EDFA, un to var integrēt ar pusvadītāju lāzeriem, modulatoriem utt.
Var realizēt visus četrus nelineāro operāciju veidus (krusteniskās pastiprināšanas modulācija, šķērsfāzes modulācija, viļņu garuma pārveidošana un četru viļņu sajaukšana).
SOA var palaist ar mazjaudas lāzeri. Tas rodas no īsa nanosekundes vai mazāka augšējā stāvokļa, tā kā pastiprinājums ātri reaģē uz sūkņa vai signāla jaudas izmaiņām, un pastiprinājuma izmaiņas izraisa arī fāzes izmaiņas, kas var traucēt signālus.
Trūkumi
SOA darbība joprojām nav salīdzināma ar EDFA. SOA ir augstāks troksnis, mazāks pastiprinājums, vidēja polarizācijas atkarība un augsta nelineitāte ar ātru pārejas laiku.
Fiber Raman pastiprinātājs (FRA)
Fiber Raman Amplifier (FRA) ir arī salīdzinoši nobriedis optiskais pastiprinātājs. FRA gadījumā optisko signālu pastiprina stimulēta Ramanas izkliede (SRS). Kopumā FRA var iedalīt vienreizējā veidā, ko sauc par LRA un izplatīto veidu, ko sauc par DRA. Pirmā šķiedru ieguves vide parasti ir 10 km attālumā. Turklāt tas prasa lielāku sūkņa jaudu, parasti dažos līdz divpadsmit vatos, kas var radīt 40 dB vai pat pārmērīgu peļņu. To galvenokārt izmanto, lai pastiprinātu optisko signālu joslu, kuras EDFA nevar apmierināt. DRA šķiedru iegūšanas plašsaziņas līdzekļi parasti ir garāki par LRA, parasti desmitiem kilometru, bet sūkņa avota jauda ir mazāka par simtiem megavatu. To galvenokārt izmanto DWDM sakaru sistēmā, papildinot EDFA, lai uzlabotu sistēmas veiktspēju, kavētu nelineāro efektu, samazinot signāla jaudas biežumu, uzlabojot signāla un trokšņa attiecību un pastiprinot tiešsaistē.
Darba princips
FRA princips ir balstīts uz stimulēto Ramanas izkliedes (SRS) efektu. Iegūšanas līdzeklis ir nepārklātas optiskās šķiedras. Jauda tiek pārnesta uz optisko signālu ar nelineāru optisko procesu, kas pazīstams kā Raman efekts. Fotonons izsauc elektronu uz virtuālo stāvokli, un stimulētā emisija rodas, kad elektronu atdala līdz stikla molekulas vibrācijas stāvoklim. Stoksa maiņa, kas atbilst fonona enerģijai, ir aptuveni 13,2 THz visām optiskajām šķiedrām.
FRA priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības
Iespējama mainīga viļņa garuma pastiprināšana
Savietojams ar uzstādīto SM šķiedru
Var izmantot EDFA paplašināšanai
Var izraisīt zemāku vidējo jaudu, salīdzinot ar span, kas ir labs zemākas šķērsrunas gadījumā
Iespējams, ka ir iespējama ļoti liela platjoslas darbība
Trūkumi
Augstas sūkņa jaudas prasības, augstas sūkņa jaudas lāzeri ir tikai nesen ieradušies
Nepieciešama sarežģīta pastiprinājuma kontrole
Troksnis ir arī jautājums
Kopsavilkums
Pēc šo trīs optisko pastiprinātāju veidu salīdzināšanas mēs salīdzinām tos kā nākamo tabulu.
