1. סיווג שלFאיברAMplifiers
ישנם שלושה סוגים עיקריים של מגברים אופטיים:
(1) מגבר אופטי מוליך למחצה (SOA, מגבר אופטי מוליך למחצה);
(2) מגברי סיבים אופטיים מסוממים באלמנטים אדמה נדירים (Erbium ER, Thulium TM, Praseodymium PR, Rubidium ND וכו '), בעיקר מגברי סיבים מסוממים ארביום ((אדפה), כמו גם מגברי סיבים מסוממים בתוליה (TDFA) ומגברי סיבים מסוממים של Praseodymium (PDFA) וכו '.
(3) מגברי סיבים לא לינאריים, בעיקר מגברי ראמן סיבים (FRA, מגבר ראמן סיבים). ההשוואה העיקרית לביצועים של מגברים אופטיים אלה מוצגת בטבלה
EDFA (מגבר סיבים מסומם ארביום)
ניתן ליצור מערכת לייזר רב-דרגית על ידי סמים את סיבי הקוורץ עם אלמנטים אדמה נדירים (כגון ND, ER, PR, TM וכו '), ואור האות הקלט מוגבר ישירות לפי פעולה של תאורת המשאבה. לאחר מתן משוב מתאים נוצר לייזר סיבים. אורך הגל העובד של מגבר הסיבים המסוממים ND הוא 1060nm ו- 1330 ננומטר, ופיתוחו ויישומו מוגבלים בגלל סטייה מיציאת הכיור הטובה ביותר של תקשורת סיבים אופטית וסיבות אחרות. אורכי הגל הפעילים של EDFA ו- PDFA נמצאים בהתאמה בחלון ההפסד הנמוך ביותר (1550 ננומטר) ואורך גל פיזור (1300 ננומטר) של תקשורת סיבים אופטיים, ו- TDFA פועלת בפס ה- S, המתאימים מאוד ליישומי מערכת סיבים אופטיים. במיוחד EDFA, ההתפתחות המהירה ביותר, הייתה מעשית.
THEPRinciple of Edfa
המבנה הבסיסי של EDFA מוצג באיור 1 (א), המורכב בעיקר ממדיום פעיל (סיבי סיליקה מסוממים ארביום בערך עשרות מטרים, עם קוטר ליבה של 3-5 מיקרון וריכוז סמים של (25-1000) X10-6), מקור אור (990 או 1480 ננומטר), אופטיטור. אור איתות ואור משאבה יכולים להתפשט באותו כיוון (שאיבה קודמתית), כיוונים מנוגדים (שאיבה הפוכה) או שני הכיוונים (שאיבה דו כיוונית) בסיבי ארביום. כאשר אור האות ואור המשאבה מוזרקים לסיבי ארביום בו זמנית, יוני ה- ERBIUM נרגשים לרמת אנרגיה גבוהה תחת הפעולה של אור המשאבה (איור 1 (ב), מערכת תלת-מפלסית), וניתוק במהירות לרמת האנרגיה הגרורה, כאשר הוא חוזר למצב האדמה תחת הפעולה של האות האירוע, הוא פלט את האור של האותו. איור 1 (ג) הוא ספקטרום הפליטה הספונטנית המוגברת שלו (ASE) עם רוחב פס גדול (עד 20-40nm) ושני פסגות המתאימות ל- 1530 ננומטר ו- 1550 ננומטר בהתאמה.
היתרונות העיקריים של EDFA הם רווח גבוה, רוחב פס גדול, כוח תפוקה גבוה, יעילות משאבה גבוהה, אובדן הכנסה נמוך וחוסר רגישות למצב הקיטוב.
2. בעיות עם מגברים סיבים אופטיים
למרות שלמגבר האופטי (ובמיוחד EDFA) יש יתרונות רבים מצטיינים, הוא אינו מגבר אידיאלי. בנוסף לרעש הנוסף שמפחית את ה- SNR של האות, ישנם כמה חסרונות אחרים, כגון:
- אי-אחידות של ספקטרום הרווח בתוך רוחב הפס של המגבר משפיעה על ביצועי ההגברה הרב-ערוצית;
- כאשר מגברים אופטיים מפלסים, יצטברו ההשפעות של רעש ASE, פיזור סיבים והשפעות לא לינאריות.
יש לקחת בחשבון סוגיות אלה בתכנון יישומים ועל מערכות.
3. יישום מגבר אופטי במערכת תקשורת סיבים אופטית
במערכת התקשורת הסיבים האופטית,מגבר סיבים אופטיניתן להשתמש לא רק כמגבר הגברת הכוח של המשדר כדי להגדיל את כוח ההולכה, אלא גם כמגבר קדם של המקלט לשיפור הרגישות המקבלת, ויכול גם להחליף את המשחזר האופטי-חשמלי-אופטי המסורתי, כדי להרחיב את מרחק ההעברה ולממש תקשורת כל-אופטית.
במערכות תקשורת סיבים אופטיים, הגורמים העיקריים המגבילים את מרחק ההולכה הם אובדן ופיזור הסיבים האופטיים. בעזרת מקור תאורה צרה-ספקטרום, או עובד בסמוך לאורך הגל האפס פיצוי, ההשפעה של פיזור הסיבים היא קטנה. מערכת זו אינה צריכה לבצע התחדשות מלאה של תזמון האות (ממסר 3R) בכל תחנת שליחה. די בכדי להגביר ישירות את האות האופטי עם מגבר אופטי (ממסר 1R). ניתן להשתמש במגברים אופטיים לא רק במערכות תא מטען למרחקים ארוכים, אלא גם ברשתות חלוקת סיבים אופטיים, במיוחד במערכות WDM, כדי להגביר ערוצים מרובים בו זמנית.
1) יישום מגברים אופטיים במערכות תקשורת סיבים אופטיים תא מטען
איור 2 הוא תרשים סכמטי של היישום של המגבר האופטי במערכת התקשורת הסיבים האופטית של תא המטען. (א) התמונה מראה כי המגבר האופטי משמש כמגבר הגברת הכוח של המשדר ומגבר הקדם של המקלט כך שהמרחק שאינו ממשיך מוכפל. לדוגמה, אימוץ EDFA, העברת המערכת המרחק של 1.8 ג'יגה -בייט/ש 'עולה מ- 120 ק"מ ל 250 ק"מ או אפילו מגיע ל -400 ק"מ. איור 2 (ב)-(ד) הוא יישום של מגברים אופטיים במערכות רב-ממולאות; איור (ב) הוא מצב ממסר 3R המסורתי; איור (ג) הוא מצב הממסר המעורב של 3R משחזרים ומגברים אופטיים; איור 2 (ד) זהו מצב ממסר כל אופטי; במערכת תקשורת כל-אופטית, היא אינה כוללת מעגלי תזמון והתחדשות, כך שהיא שקופה בביט, ואין הגבלה של "פלאת בקבוקים אלקטרונית". כל עוד הוחלף ציוד השליחה והקבל בשני הקצוות, קל לשדרג מקצב נמוך לקצב גבוה, ולא צריך להחליף את המגבר האופטי.
2) יישום מגבר אופטי ברשת חלוקת סיבים אופטיים
היתרונות תפוקת החשמל הגבוהים של מגברים אופטיים (במיוחד EDFA) שימושיים מאוד ברשתות הפצת פס רחב (כגוןCATVרשתות). רשת CATV המסורתית מאמצת כבל קואקסיאלי, שצריך להגביר כל כמה מאות מטרים, ורדיוס השירות של הרשת הוא בערך 7 ק"מ. רשת CATV של סיבים אופטיים באמצעות מגברים אופטיים יכולה לא רק להגדיל מאוד את מספר המשתמשים המופצים, אלא גם להרחיב מאוד את נתיב הרשת. ההתפתחויות האחרונות הראו כי התפלגות סיבים אופטיים/היברידיים (HFC) מושכת את חוזקותיהם של שניהם ויש לה תחרותיות חזקה.
איור 4 הוא דוגמה לרשת חלוקת סיבים אופטית למודולציה של AM-VSB של 35 ערוצי טלוויזיה. מקור האור של המשדר הוא DFB-LD עם אורך גל של 1550 ננומטר וכוח פלט של 3.3 דבי"ק. בעזרת EDFA ברמת 4 מפלסים כמגבר חלוקת כוח, כוח הקלט שלו הוא בערך -6dBM, וכוח הפלט שלו הוא בערך 13dBM. רגישות למקלט אופטי -9.2d BM. לאחר 4 רמות הפצה, המספר הכולל של המשתמשים הגיע ל -4.2 מיליון, ונתיב הרשת הוא יותר מעשרות קילומטרים. יחס האות לרעש המשוקלל של הבדיקה היה גדול מ- 45dB, ו- EDFA לא גרם לירידה ב- CSO.
זמן הודעה: אפריל-23-2023