Usporedba različitih tipova optičkih pojačala
Optičko pojačalo važna je tehnologija za optičke komunikacijske mreže. Bez potrebe da se prvo pretvori u električni signal, optička pojačala se sada koriste umjesto repetitora. Kao što znamo, postoji nekoliko vrsta optičkih pojačala. Među njima, glavne tehnologije pojačala su dopirano pojačalo vlakana (npr. EDFA), poluvodičko optičko pojačalo (SOA) i optičko pojačalo. Danas ćemo istražiti i usporediti različite vrste optičkih pojačala u ovom radu.
Prije usporedbe različitih tipova optičkih pojačala, pobliže ćemo pogledati optičko pojačalo. Općenito, repetitor uključuje prijemnik i odašiljač kombinirani u jednom paketu. Prijemnik pretvara ulaznu optičku energiju u električnu energiju. Električni izlaz prijemnika pokreće električni ulaz odašiljača. Optički izlaz odašiljača predstavlja pojačanu verziju optičkog ulaznog signala plus buku. Repetitori ne rade za optičke mreže, gdje mnogi odašiljači šalju signale mnogim prijemnicima pri različitim brzinama prijenosa u različitim formatima. Međutim, za razliku od repetitora, optičko pojačalo izravno pojačava optički signal bez električne i električne optičke transformacije. Osim toga, idealno optičko pojačalo može podržavati višekanalni rad što je moguće šire valne duljine, osigurati ravnu dobit u velikom rasponu dinamičkog pojačanja, imati visoku zasićenu izlaznu snagu, nisku razinu buke i učinkovito prigušenje prijelaznog vremena. Nekoliko prednosti optičkih pojačala kao sljedeće:
Podrška bilo bit rate i format signala
Podržava cijelo područje valnih duljina
Povećajte kapacitet optičkih veza pomoću WDM-a
Osigurati sposobnost optičkih mreža, a ne samo veze od točke do točke
OK, nakon kratkog uvoda optičkih pojačala, formalno započinjemo današnju glavnu temu. Kao što smo već spomenuli, postoje tri glavne vrste današnje tehnologije pojačala. Svaki od njih ima svoj vlastiti princip rada, značajke i primjene. Opisat ćemo ih jedan po jedan u sljedećim odlomcima.
Pojačalo s dopiranim vlaknima (tipični predstavnik: EDFA)
Svjetlovodno pojačalo (EDFA) je najčešće korišteno optičko pojačalo, uglavnom izrađeno od vlakana s dopunjenim erbijem (EDF), izvora svjetlosti pumpe, optičkih spojnica, optičkih izolatora, optičkih filtera i drugih komponenti. Među njima, nečistoća u tragovima u obliku trovalentnog iona erbija umeće se u silikatnu jezgru optičkih vlakana kako bi se promijenile njegove optičke osobine i omogućilo pojačanje signala.
Princip rada
Princip rada EDFA je korištenje izvora svjetlosti pumpe, koja najčešće ima valnu duljinu oko 980 nm, a ponekad i oko 1450 nm, pobuđuje ione erbija (Er3 +) u stanje 4I13 / 2 (u slučaju 980 nm) pumpanje preko 4I11 / 2), odakle mogu pojačati svjetlost u području valne duljine 1,5 μm putem stimulirane emisije natrag u razdjelnik 4I15 / 2 osnovnog stanja.
Prednosti i nedostaci EDFA-e
prednosti
EDFA ima veliku iskorištenost snage crpke (> 50%)
Izravno i istovremeno pojačava široki valni pojas (> 80nm) u 1550 nm regiji, s relativno ravnom dobiti
Ravnomjernost se može poboljšati optičkim filtrima za povećanje ravnoteže
Dobitak veći od 50 dB
Niska razina buke prikladna za primjenu na duge relacije
Nedostaci
Veličina EDFA nije mala
Ne može se integrirati s drugim poluvodičkim deviecs
Poluvodičko optičko pojačalo (SOA)
Poluvodičko optičko pojačalo je jedan tip optičkog pojačala koje koristi poluvodič za dobivanje medijuma pojačanja. Oni imaju sličnu strukturu kao i Fabry-Perotove laserske diode, ali s elementima dizajna protiv refleksije na završnim površinama. Za razliku od drugih optičkih pojačala SOA se pumpaju elektronički (tj. Izravno preko primijenjene struje), a nije potreban poseban laser za pumpu.
Princip rada
1.Simulirana emisija za pojačavanje optičkog signala.
2.Aktivna regija poluvodiča.
3.Inction struja pumpa elektroni u provodni pojas.
4. Ulazni signal stimulira prijelaz elektrona do valentnog pojasa kako bi dobio pojačanje.
Prednosti i nedostaci SOA-e
prednosti
Poluvodičko optičko pojačalo je male veličine i električno pumpano.
Može biti potencijalno jeftiniji od EDFA i može se integrirati s poluvodičkim laserima, modulatorima itd.
Mogu se provoditi sva četiri tipa nelinearnih operacija (cross-modulacijska modulacija, cross-fazna modulacija, pretvorba valnih duljina i miješanje s četiri vala).
SOA se može pokrenuti s laserom male snage. To potječe iz kratkog nanosekundnog ili manjeg gornjeg stanja, tako da dobitak brzo reagira na promjene snage crpke ili signala, a promjene dobitka također uzrokuju promjene faze koje mogu izobličiti signale.
Nedostaci
Uspješnost SOA-e još uvijek nije usporediva s EDFA-om. SOA ima višu razinu šuma, manju dobit, umjerenu polarizacijsku ovisnost i visoku nelinearnost s brzim prolaznim vremenom.
Fiber Raman pojačalo (FRA)
Fiber Raman pojačalo (FRA) također je relativno zrelo optičko pojačalo. U FRA, optički signal se pojačava zbog stimuliranog Ramanova raspršenja (SRS). Općenito, FRA može se podijeliti na lumped tip koji se zove LRA i distribuirani tip koji se zove DRA. Mediji za dobivanje vlakana prvog su obično u krugu od 10 km. Osim toga, to zahtijeva veću snagu crpke, općenito u nekoliko do deset vata koje mogu proizvesti 40 dB ili čak i više dobitaka. Uglavnom se koristi za pojačavanje optičkog pojasa signala za koji EDFA ne može zadovoljiti. Mediji za dobivanje vlakana DRA obično su dulji od LRA, uglavnom za desetke kilometara dok je snaga izvora crpke smanjena na stotine megavata. Uglavnom se koristi u DWDM komunikacijskom sustavu, pomoćnom EDFA poboljšava performanse sustava, sprečava nelinearni efekt, smanjuje učestalost signala, poboljšava omjer signala i šuma i pojačava se online.
Princip rada
Načelo FRA temelji se na efektu Stimulirano ramensko raspršivanje (SRS). Dobitni medij je nedopirano optičko vlakno. Snaga se na optički signal prenosi nelinearnim optičkim procesom poznatim kao Ramanov efekt. Slučajni foton pobuđuje elektron u virtualno stanje, a stimulirana emisija nastaje kada elektron odlijepi do vibracijskog stanja staklene molekule. Stokesov pomak koji odgovara vlastitoj energiji fonona je oko 13,2 THz za sva optička vlakna.
Prednosti i nedostaci FRA
prednosti
Moguće je pojačanje valne duljine
Kompatibilan s ugrađenim SM vlaknima
Može se koristiti za proširenje EDFA-a
Može rezultirati nižom prosječnom snagom iznad raspona, što je dobro za niže preslušavanje
Moguće je vrlo širokopojasno pokretanje
Nedostaci
Visoki zahtjevi za snagom crpki, laseri s visokom snagom crpke tek su nedavno stigli
Potrebna je sofisticirana kontrola pojačanja
Buka je također problem
Sažetak
Nakon što govorimo o tri vrste optičkih pojačala, usporedimo ih kao sljedeću tablicu.
