1. סיווג שלFאיברAמגברים
ישנם שלושה סוגים עיקריים של מגברים אופטיים:
(1) מגבר אופטי מוליכים למחצה (SOA, מגבר אופטי מוליכים למחצה);
(2) מגברי סיבים אופטיים מסוממים ביסודות אדמה נדירים (ארביום Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd וכו'), בעיקר מגברי סיבים מסוממים בארביום (EDFA), כמו גם מגברי סיבים מסוממים בתוליום (TDFA) ומגברי סיבים מסוממים בפראזודימיום (PDFA) וכו'.
(3) מגברי סיבים לא ליניאריים, בעיקר מגברי רמאן סיבים (FRA, Fibre Raman Amplifier). השוואת הביצועים העיקרית של מגברים אופטיים אלה מוצגת בטבלה
EDFA (מגבר סיבים מסוממים ארביום)
מערכת לייזר מרובת רמות יכולה להיווצר על ידי סימום סיבי הקוורץ עם יסודות אדמה נדירים (כגון Nd, Er, Pr, Tm וכו'), ואור אות הכניסה מוגבר ישירות תחת פעולת אור המשאבה. לאחר מתן משוב מתאים, נוצר לייזר סיב. אורך הגל הפועל של מגבר הסיבים המסומם ב-Nd הוא 1060 ננומטר ו-1330 ננומטר, והפיתוח והיישום שלו מוגבלים עקב סטייה מיציאת הכיור הטובה ביותר של תקשורת סיבים אופטיים ומסיבות אחרות. אורכי הגל ההפעלה של EDFA ו-PDA נמצאים בהתאמה בחלון האובדן הנמוך ביותר (1550 ננומטר) ואורך הגל האפס (1300 ננומטר) של תקשורת סיבים אופטיים, ו-TDFA פועל בפס S, אשר מתאימים מאוד ליישומי מערכת תקשורת סיבים אופטיים . במיוחד EDFA, הפיתוח המהיר ביותר, היה מעשי.
הPהעיקרון של EDFA
המבנה הבסיסי של EDFA מוצג באיור 1(א), המורכב בעיקר ממדיום פעיל (סיבי סיליקה מסוממים בארביום באורך של כעשרות מטרים, בקוטר ליבה של 3-5 מיקרון וריכוז סימום של (25). -1000)x10-6), מקור אור משאבה (990 או 1480nm LD), מצמד אופטי ומבודד אופטי. אור האותות ואור המשאבה יכולים להתפשט באותו כיוון (שאיבה קו-כיוונית), לכיוונים מנוגדים (שאיבה הפוכה) או בשני הכיוונים (שאיבה דו-כיוונית) בסיבי הארביום. כאשר אור האות ואור המשאבה מוזרקים לסיבי הארביום בו-זמנית, יוני הארביום נרגשים לרמת אנרגיה גבוהה תחת פעולת אור המשאבה (איור 1 (ב), מערכת תלת-מפלסית), ודעיכה מהירה לרמת האנרגיה המט-יציבה, כאשר היא חוזרת למצב הקרקע תחת פעולת אור האות הנכנס, היא פולטת פוטונים המתאימים לאור האות, כך שהאות מוגבר. איור 1(ג) הוא ספקטרום הפליטה הספונטנית המוגברת שלו (ASE) עם רוחב פס גדול (עד 20-40nm) ושני פסגות המקבילים ל-1530nm ו-1550nm בהתאמה.
היתרונות העיקריים של EDFA הם רווח גבוה, רוחב פס גדול, הספק פלט גבוה, יעילות משאבה גבוהה, אובדן הכנסה נמוך וחוסר רגישות למצב קיטוב.
2. בעיות במגברים סיבים אופטיים
למרות שלמגבר האופטי (במיוחד EDFA) יש יתרונות רבים בולטים, הוא אינו מגבר אידיאלי. בנוסף לרעש הנוסף שמפחית את ה-SNR של האות, ישנם כמה חסרונות נוספים, כגון:
- אי אחידות של ספקטרום ההגבר ברוחב הפס של המגבר משפיעה על ביצועי הגברה רב-ערוצית;
- כאשר מגברים אופטיים משולבים, ההשפעות של רעש ASE, פיזור סיבים ואפקטים לא ליניאריים יצטברו.
נושאים אלה חייבים להילקח בחשבון ביישום ובתכנון המערכת.
3. יישום של מגבר אופטי במערכת תקשורת סיבים אופטיים
במערכת תקשורת סיבים אופטיים, המגבר סיב אופטייכול לשמש לא רק כמגבר הגברת הספק של המשדר להגברת עוצמת השידור, אלא גם כמגבר קדם של המקלט לשיפור רגישות הקליטה, ויכול גם להחליף את החזר האופטי-חשמלי-אופטי המסורתי, כדי להאריך את השידור. להרחיק ולממש תקשורת אופטית.
במערכות תקשורת סיבים אופטיים, הגורמים העיקריים המגבילים את מרחק השידור הם אובדן ופיזור הסיב האופטי. שימוש במקור אור בעל ספקטרום צר, או עבודה ליד אורך הגל אפס פיזור, השפעת פיזור הסיבים קטנה. מערכת זו אינה צריכה לבצע חידוש תזמון אות מלא (ממסר 3R) בכל תחנת ממסר. זה מספיק כדי להגביר ישירות את האות האופטי עם מגבר אופטי (ממסר 1R). ניתן להשתמש במגברים אופטיים לא רק במערכות מטען למרחקים ארוכים אלא גם ברשתות הפצה של סיבים אופטיים, במיוחד במערכות WDM, כדי להגביר מספר ערוצים בו זמנית.
1) יישום של מגברים אופטיים במערכות תקשורת סיבים אופטיים מטען
איור 2 הוא דיאגרמה סכמטית של היישום של המגבר האופטי במערכת התקשורת של סיב אופטי תא המטען. (א) התמונה מראה שהמגבר האופטי משמש כמגבר הגברת ההספק של המשדר והקדם-מגבר של המקלט כך שהמרחק שאינו ממסר מוכפל. לדוגמה, אימוץ EDFA, שידור המערכת מרחק של 1.8Gb/s גדל מ-120 ק"מ ל-250 ק"מ או אפילו מגיע ל-400 ק"מ. איור 2 (ב)-(ד) הוא היישום של מגברים אופטיים במערכות מרובות ממסרים; איור (ב) הוא מצב ממסר 3R המסורתי; איור (ג) הוא מצב הממסר המעורב של מחזירי 3R ומגברים אופטיים; איור 2 (ד) זהו מצב ממסר אופטי לחלוטין; במערכת תקשורת אופטית, היא אינה כוללת מעגלי תזמון והתחדשות, ולכן היא שקוף מעט, ואין הגבלה של "שפם בקבוקים אלקטרוני". כל עוד מחליפים את ציוד השליחה והקבלה בשני הקצוות, קל לשדרג מקצב נמוך לקצב גבוה, ואין צורך להחליף את המגבר האופטי.
2) יישום של מגבר אופטי ברשת הפצת סיבים אופטיים
יתרונות תפוקת ההספק הגבוהה של מגברים אופטיים (במיוחד EDFA) שימושיים מאוד ברשתות הפצה בפס רחב (כגוןCATVרשתות). רשת ה-CATV המסורתית מאמצת כבל קואקסיאלי, אשר צריך להיות מוגבר כל כמה מאות מטרים, ורדיוס השירות של הרשת הוא כ-7 ק"מ. רשת CATV בסיבים אופטיים באמצעות מגברים אופטיים יכולה לא רק להגדיל במידה ניכרת את מספר המשתמשים המבוזרים, אלא גם להרחיב מאוד את נתיב הרשת. ההתפתחויות האחרונות הראו שההפצה של סיבים אופטיים/היברידיים (HFC) שואבת את החוזקות של שניהם ויש לה תחרותיות חזקה.
איור 4 הוא דוגמה לרשת הפצת סיבים אופטיים עבור אפנון AM-VSB של 35 ערוצים של טלוויזיה. מקור האור של המשדר הוא DFB-LD עם אורך גל של 1550nm והספק פלט של 3.3dBm. שימוש ב-EDFA בעל 4 רמות כמגבר חלוקת כוח, הספק המבוא שלו הוא כ-6dBm, והספק המוצא שלו הוא כ-13dBm. רגישות מקלט אופטי -9.2d Bm. לאחר 4 רמות הפצה, מספר המשתמשים הכולל 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 להפחתה ב-CSO.
זמן פרסום: 23 באפריל 2023