EDFA vs Raman vs SOA: Vodič za odabir optičkog pojačala

EDFA, Raman i SOA tri su različita načina za stvaranje optičkog pojačanja. Ne bi ih trebalo poredati prema jednom broju naslova. Ispravan izbor ovisi o valnoj duljini signala, položaju pojačala u mreži, potrebnoj izlaznoj snazi, omjeru optičkog signala i šuma, opterećenju kanala, nelinearnim ograničenjima i složenosti rada.

Za konvencionalni C-pojasni ili L-pojasni DWDM, vlaknasto pojačalo dopirano erbijem specifično za pojas obično je prva tehnologija koja se procjenjuje. Distribuirano Ramanovo pojačanje postaje relevantno kada pažljivo modelirani raspon treba drugačiji profil uzdužne snage ili dodatnu efektivnu marginu OSNR-a. Konvencionalno poluvodičko optičko pojačalo s električnim pumpanjem je privlačno kada su kompaktna veličina, brza dinamika pojačanja, fleksibilnost valne duljine ili fotonska integracija važniji od dupliciranja ponašanja optičkog pojačala linijskog razreda.

Ovaj se vodič usredotočuje na inženjerski odabir umjesto ponavljanja svake osnovne definicije. Čitatelji kojima treba uvod mogu početi sosnove optičkog pojačala.

Brzi sažetak odabira

Ovo je tablica pregleda, a ne specifikacija proizvoda. Konačne vrijednosti moraju proizaći iz podatkovne tablice pojačala, kompletnog plana kanala i provjere na razini sustava.

Tehnologija pojačala i mrežna uloga različite su odluke

EDFA, Raman i SOA opisuju kako se proizvodi optičko pojačanje:

• EDFA:stimulirana emisija u vlaknu dopiranom erbijem napajanom optičkom pumpom.
• Ramanovo pojačalo:stimulirano Ramanovo raspršenje u prijenosnom vlaknu ili namjensko Ramanovo vlakno.
• SOA:stimulirana emisija u poluvodičkom valovodu, normalno napajana električnom strujom u konvencionalnim komercijalnim uređajima.

Pojačivač, linijski i pretpojačalo opisuju gdje je postavljeno pojačalo:

• A pojačivačpodiže snagu u blizini odašiljača ili nakon multipleksera s gubicima.
• Anin-line pojačalokompenzira raspon i gubitak čvorova između krajnjih točaka.
• A pretpojačalopodiže slab signal prije prijemnika.

EDFA se može izgraditi za bilo koju od te tri uloge. Ramanova pumpa može osigurati raspodijeljeno pojačanje linije, dok SOA može poslužiti kao kompaktni blok pojačanja kada njena valna duljina i performanse odgovaraju podsustavu. FOCC-ov vodič zapojačalo, linija i pretpojačalapobliže objašnjava položaje razmještaja.

StrujaITU-T G.661 preporukapruža generičke definicije parametara optičkog pojačala i metode ispitivanja. To je bolja osnova za usporedbu tablica s podacima od neformalnih oznaka kao što su "visoki dobitak" ili "nizak šum".

Usporedba EDFA, Raman i SOA

Gdje EDFA najbolje odgovara

EDFA koristi pumpano vlakno dopirano erbijem kao medij za pojačanje. Praktični sklopovi također uključuju spojnike pumpi, izolatore, filtre, nadzorne fotodiode i upravljačku elektroniku. Filter za izravnavanje pojačanja može biti potreban kada mnogi WDM kanali moraju napustiti pojačalo s kontroliranom relativnom snagom.

EDFA specifična za pojas obično je prva tehnologija procijenjena za konvencionalne aplikacije C-pojasa ili L-pojasa kao što su:

• Dodatno pojačanje nakon WDM multipleksera s gubicima
• In-line pojačanje u uspostavljenom DWDM rasponu
• Predpojačalo male ulazne snage
• 1550 nm CATV ili PON distribucija preklapanja
• Laboratorijsko pojačanje unutar podržanog pojasa pojačanja erbija

FOCC-ov članak oEDFA u WDM sustavimaopisuje ove poznate uloge postavljanja. Širi mrežni kontekst pokriven je u ažuriranom vodiču za web mjestoDWDM tehnologija.

Što se mora provjeriti

Do not compare EDFAs by maximum small-signal gain alone. The useful operating point depends on minimum and maximum input, required output, saturated output, channel count, per-channel power, gain ripple, noise figure, and control mode.

EDFA pojačava signal i unutarpojasni šum koji dopire do njega, zatim dodaje pojačanu spontanu emisiju ili ASE. Ne mijenja vrijeme, ne preoblikuje niti rekonstruira prenesene podatke. TheITU-T G.663 preporukabavi se aspektima vezanim uz primjenu uređaja i podsustava optičkih pojačala u jednokanalnim i višekanalnim digitalnim sustavima.

Gdje Ramanovo pojačanje dodaje vrijednost

Ramanovo pojačanje prenosi energiju od pumpe do signala putem stimuliranog Ramanovog raspršenja. U distribuiranom Raman dizajnu, prijenosno vlakno postaje dio medija pojačanja. U grupiranom dizajnu, namjenski odjeljak vlakana osigurava pojačanje unutar diskretnog sklopa.

StrujaITU-T G.665 preporukaklasificira Ramanova pojačala i Ramanovo pojačane podsustave i definira relevantne karakteristike, parametre izvedbe, metode ispitivanja i razmatranja optičke sigurnosti.

Naprijed, unatrag i dvosmjerno pumpanje

Nijedan smjer pumpe nije univerzalno bolji. Vrsta vlakna, duljina raspona, opterećenje kanala, snaga lansiranja, prijenos buke relativnog intenziteta, nelinearne kazne i operativna ograničenja određuju rezultat.

Ramansko pojačanje se često razmatra za OSNR-ograničene koherentne veze, proširene raspone, široke ili prilagođene pojaseve pojačanja i hibridne Raman/EDFA arhitekture. FOCC-ov pregledRamanovo pojačanje za dugolinijske vezepruža dodatnu pozadinu, dokDWDM prijenos na velike udaljenostipostavlja pojačalo unutar šireg sustava.

Gdje SOA najbolje odgovara

Konvencionalno poluvodičko optičko pojačalo koristi električno ubrizgano aktivno područje poluvodiča. Njegov valovod i aspekti dizajnirani su da daju pojačanje putujućeg vala, a ne da rade kao obična laserska šupljina.

SOA se razmatraju kada je dizajnu potreban kompaktni element pojačanja, brza električna kontrola, integracija s drugim fotoničkim funkcijama, optičko usmjeravanje, pretvorba valne duljine ili pojačanje u pojasu koji ne opslužuje standardni EDFA. Poluvodički materijali i strukture uređaja mogu se odabrati za različite regije valnih duljina.

Ista brza dinamika nositelja koja omogućuje prebacivanje i pretvorbu valne duljine može proizvesti kompresiju pojačanja, modulaciju unakrsnog pojačanja, modulaciju križnih faza, miješanje četiri vala, efekte uzorka i preslušavanje kanala. Ovi efekti mogu biti korisni u eksperimentu optičke obrade i neprihvatljivi u prozirnom WDM pojačalu.

SOA izvedba obuhvaća širok raspon. Mnogi kompaktni uređaji imaju niži zasićeni izlaz od linijskog optičkog pojačala, ali postoje i dizajni velike snage s niskim šumom. Na primjer, anIEEE rad o dvostupanjskom monolitnom integriranom SOA-uizvješćuje o dizajnu koji cilja visoko zasićenje izlaza, široku propusnost pojačanja i nisku vrijednost šuma. Jedan proizvod ili papir ne definiraju cijelu tehnološku klasu, tako da stvarna lista podataka i radni uvjeti ostaju bitni.

Pojačanje, zasićenje i snaga po kanalu

Dobitak je razlika između izlazne i ulazne snage u definiranoj radnoj točki. Uvijek ga treba čitati zajedno s maksimalnim ukupnim izlazom i brojem aktivnih kanala.

ZaNWDM kanale jednake snage, približan odnos je:

Ukupna optička snaga u dBm=snaga po kanalu u dBm + 10 log₁₀(N)

Ako pojačalo dosegne svoj ukupni izlazni limit, dodavanje kanala ne stvara neograničeni dodatni izlaz. Dostupna snaga se dijeli na aktivne kanale, a pojačalo može ući u kompresiju pojačanja. List s podacima koji pokazuje veliki dobitak za jedan slab ulaz ne dokazuje da je isti dobitak dostupan s potpuno napunjenim DWDM spektrom.

Ispitivanje pod punim i djelomičnim opterećenjem

WDM pojačalo treba ocijeniti u najmanje dva stanja učitavanja kanala:

• Puno opterećenje:svi planirani kanali su prisutni, što omogućuje provjeru ukupnog izlaza, snage po kanalu, valovitosti pojačanja i prostora za zasićenje.
• Djelomično opterećenje:kanali se dodaju ili uklanjaju, omogućujući provjeru automatske kontrole pojačanja, automatske kontrole snage, prijelaznog ponašanja i odstupanja snage preživjelih kanala.

Gubitak od aDWDM MUX/DEMUX, filteri, slavine za nadzor, konektori i ROADM-ovi moraju biti uključeni prije dodjele pojačanja pojačala. Povezivanje pumpe i signala također može ovisiti o odabranoj pasivnoj komponenti; vodič za stranicuodabir spojnice za optička vlaknaobjašnjava glavne parametre uređaja.

Zašto izlazna snaga ne vraća OSNR

Svako skupljeno pojačalo dodaje ASE. Kasnije pojačalo pojačava i preostali signal i šum koji je već akumuliran u propusnom pojasu, a zatim dodaje vlastiti doprinos šumu. Povećanje ukupne izlazne snage može zadovoljiti zahtjeve za snagom prijemnika dok OSNR ostaje nedovoljan.

Predpojačalo stoga ne može obrnuti šum akumuliran ranije u ruti. Njegove performanse buke su važne jer je ulazni signal već slab. Distribuirani Raman može poboljšati efektivno ponašanje rasponskog šuma mijenjajući gdje se javlja pojačanje i kako se snaga signala razvija duž vlakna, ali korist se mora modelirati s nelinearnim kaznama i ponašanjem pumpe.

Samo prijenosno vlakno također utječe na rezultat. Konvencionalne telekomunikacijske rute obično koriste OS2 single-mode povezivost, uključujućiOS2 single-mode patch kabelina sučeljima opreme. Vrsta vlakna, prigušenje, efektivna površina, disperzija, gubitak konektora i refleksije ulaze u dizajn pojačala.

Kada je hibridni Raman/EDFA dizajn opravdan

Raman i EDFA nisu uvijek konkurentne alternative. Distribuirani Ramanov stupanj može osigurati dobitak duž raspona, dok grupirani EDFA kompenzira gubitak čvora ili uspostavlja izlaz potreban za sljedeći raspon.

Studija Optica koja uspoređujeRaman-samo i Raman-plus-EDFA pojačanjeotkrili da bi kombinirana arhitektura mogla pružiti veću fleksibilnost dizajna i bolje performanse u razmatranom WDM sustavu na dugim udaljenostima. Taj je zaključak specifičan za arhitekturu, a ne univerzalno jamstvo.

Koristite hibridni dizajn samo kada modeliranje ili mjerenje pokaže da raspon samo za EDFA ne zadovoljava potrebnu marginu i poboljšanje opravdava:

• Dodatni pumpni laseri i upravljački hardver
• Optičko-sigurnosne kontrole i automatsko isključivanje
• Složenija nelinearna analiza i analiza šuma
• Dodatni postupci puštanja u pogon i nadzora
• Veća potrošnja energije, napori održavanja i zahtjevi za rezervnim dijelovima

Primjer konceptualnog odabira

Razmotrite planiranu višekanalnu DWDM vezu C-pojasa. Ovo je metoda dizajna, a ne tvrdnja o određenom proizvodu.

1. Izgradite proračun pasivnog gubitka.Uključite prigušenje vlakana, konektore, spojeve, nadzorne slavine, filtre i gubitak MUX/DEMUX.
2. Definirajte ulogu pojačivača.Odlučite je li vam potreban pojačivač odašiljača, linijski stupanj pojačanja ili pretpojačalo prijemnika.
3. Izračunajte radni ulazni raspon.Koristite minimalni i maksimalni očekivani gubitak raspona i uvjete opterećenja kanala.
4. Provjerite zahtjev za ukupnim izlazom.Pretvorite željeni izlaz po kanalu u ukupnu WDM snagu s gornjim odnosom broja kanala.
5. Pregledajte zasićenost i postignite ravnomjernost.Provjerite da puno opterećenje ne prelazi navedeno radno područje.
6. Procijenite OSNR.Uključite OSNR odašiljača, buku kaskadnog pojačala, filtriranje, zahtjeve prijamnika i inženjersku marginu.
7. Počnite samo s EDFA.Ako konvencionalna arhitektura zadovoljava izlazne, OSNR, prijelazne i marginalne zahtjeve, dodatna Ramanova složenost nije opravdana.
8. Procijenite hibridni Raman/EDFA samo ako je potrebno.Usporedite poboljšani profil snage i učinkovite performanse buke s nelinearnim, sigurnosnim, operativnim i troškovnim kaznama.
9. Provjerite preopterećenje prijemnika.Dodajte prigušenje gdje je to potrebno umjesto pretpostavke da je veća optička snaga uvijek korisna.

FOCC-ovivodič za izbor fiber-optičkog prigušivačaobjašnjava kako vrijednost prigušenja, valna duljina, vrsta konektora i primjena utječu na izbor. Dostupni formati komponenti mogu se pregledati uraspon fiber-optičkog prigušivača.

Predložak specifikacije nabave

Uobičajene pogreške odabira