1. طبقه بندی ازFایبرAتقویت کننده ها
سه نوع اصلی تقویت کننده نوری وجود دارد:
(1) تقویت کننده نوری نیمه هادی (SOA، تقویت کننده نوری نیمه هادی)؛
(2) تقویت کننده های فیبر نوری دوپ شده با عناصر خاکی کمیاب (اربیوم Er، تولیوم Tm، پرازئودیمیم Pr، روبیدیوم Nd، و غیره)، عمدتا تقویت کننده های فیبر دوپ شده با اربیوم (EDFAو همچنین تقویت کننده های فیبر دوپ شده با تولیوم (TDFA) و تقویت کننده های فیبر دوپ شده با پراسئودیمیم (PDFA) و غیره.
(3) تقویت کننده های فیبر غیر خطی، عمدتا تقویت کننده های رامان فیبر (FRA، تقویت کننده فیبر رامان).مقایسه عملکرد اصلی این تقویت کننده های نوری در جدول نشان داده شده است
EDFA (تقویت کننده فیبر دوپ شده اربیوم)
یک سیستم لیزری چند سطحی را می توان با دوپینگ فیبر کوارتز با عناصر خاکی کمیاب (مانند Nd، Er، Pr، Tm و غیره) تشکیل داد و نور سیگنال ورودی مستقیماً تحت تأثیر نور پمپ تقویت می شود.پس از ارائه بازخورد مناسب، لیزر فیبر تشکیل می شود.طول موج کار تقویت کننده فیبر دوپ شده Nd 1060 نانومتر و 1330 نانومتر است و توسعه و کاربرد آن به دلیل انحراف از بهترین پورت سینک ارتباط فیبر نوری و دلایل دیگر محدود است.طول موج های عملیاتی EDFA و PDFA به ترتیب در پنجره ای با کمترین تلفات (1550 نانومتر) و طول موج پراکندگی صفر (1300 نانومتر) ارتباط فیبر نوری هستند و TDFA در باند S عمل می کند که برای کاربردهای سیستم ارتباط فیبر نوری بسیار مناسب است. .به خصوص EDFA، سریع ترین توسعه، عملی بوده است.
راPاصل EDFA
ساختار اصلی EDFA در شکل 1(a) نشان داده شده است، که عمدتاً از یک محیط فعال (الیاف سیلیسی دوپ شده با اربیوم به طول حدود ده ها متر، با قطر هسته 3-5 میکرون و غلظت دوپینگ (25) تشکیل شده است. -1000)x10-6)، منبع نور پمپ (990 یا 1480 نانومتر LD)، کوپلر نوری و جداکننده نوری.نور سیگنال و نور پمپ می توانند در یک جهت (پمپاژ هم جهت)، جهت مخالف (پمپاژ معکوس) یا هر دو جهت (پمپاژ دو طرفه) در فیبر اربیوم منتشر شوند.هنگامی که نور سیگنال و نور پمپ به طور همزمان به فیبر اربیوم تزریق می شوند، یون های اربیوم تحت تأثیر نور پمپ به سطح انرژی بالایی برانگیخته می شوند (شکل 1 (ب)، یک سیستم سه سطحی). و به سرعت به سطح انرژی ناپایدار تجزیه می شود، هنگامی که تحت تأثیر نور سیگنال فرودی به حالت پایه باز می گردد، فوتون های مربوط به نور سیگنال را ساطع می کند، به طوری که سیگنال تقویت می شود.شکل 1 (c) طیف انتشار خود به خودی تقویت شده آن (ASE) با پهنای باند بزرگ (تا 20-40 نانومتر) و دو پیک مربوط به 1530 نانومتر و 1550 نانومتر است.
مزایای اصلی EDFA بهره بالا، پهنای باند زیاد، توان خروجی بالا، راندمان پمپ بالا، تلفات درج کم و عدم حساسیت به حالت پلاریزاسیون است.
2. مشکلات تقویت کننده های فیبر نوری
اگرچه تقویت کننده نوری (به ویژه EDFA) دارای مزایای برجسته بسیاری است، اما یک تقویت کننده ایده آل نیست.علاوه بر نویز اضافی که SNR سیگنال را کاهش می دهد، کاستی های دیگری نیز وجود دارد، مانند:
- ناهمواری طیف بهره در پهنای باند تقویت کننده بر عملکرد تقویت چند کاناله تأثیر می گذارد.
- هنگامی که تقویت کننده های نوری آبشاری می شوند، اثرات نویز ASE، پراکندگی فیبر و اثرات غیرخطی جمع می شوند.
این مسائل باید در طراحی اپلیکیشن و سیستم در نظر گرفته شود.
3. کاربرد تقویت کننده نوری در سیستم ارتباطی فیبر نوری
در سیستم ارتباطی فیبر نوری،تقویت کننده فیبر نوریمی تواند نه تنها به عنوان تقویت کننده تقویت کننده قدرت فرستنده برای افزایش قدرت انتقال، بلکه به عنوان یک پیش تقویت کننده گیرنده برای بهبود حساسیت دریافت استفاده شود، و همچنین می تواند جایگزین تکرار کننده سنتی نوری-الکتریکی-اپتیکی برای گسترش انتقال شود. فاصله و برقراری ارتباط تمام نوری.
در سیستم های ارتباطی فیبر نوری، عوامل اصلی محدود کننده فاصله انتقال، از دست دادن و پراکندگی فیبر نوری است.با استفاده از یک منبع نور با طیف باریک، یا کار در نزدیکی طول موج پراکندگی صفر، تأثیر پراکندگی فیبر اندک است.این سیستم نیازی به انجام بازسازی کامل زمان بندی سیگنال (رله 3R) در هر ایستگاه رله ندارد.تقویت مستقیم سیگنال نوری با تقویت کننده نوری (رله 1R) کافی است.تقویت‌کننده‌های نوری را می‌توان نه تنها در سیستم‌های ترانک در فواصل طولانی، بلکه در شبکه‌های توزیع فیبر نوری، به‌ویژه در سیستم‌های WDM، برای تقویت چندین کانال به طور همزمان استفاده کرد.
1) کاربرد تقویت کننده های نوری در سیستم های ارتباطی فیبر نوری Trunk
شکل 2 یک نمودار شماتیک از کاربرد تقویت کننده نوری در سیستم ارتباطی فیبر نوری تنه است.(الف) تصویر نشان می دهد که تقویت کننده نوری به عنوان تقویت کننده تقویت کننده قدرت فرستنده و پیش تقویت کننده گیرنده استفاده می شود تا فاصله غیر رله دو برابر شود.به عنوان مثال، اتخاذ EDFA، انتقال سیستم فاصله 1.8 گیگابیت بر ثانیه از 120 کیلومتر به 250 کیلومتر یا حتی به 400 کیلومتر می رسد.شکل 2 (b)-(d) کاربرد تقویت کننده های نوری در سیستم های چند رله ای است.شکل (ب) حالت رله سنتی 3R است.شکل (c) حالت رله مخلوط تکرارکننده های 3R و تقویت کننده های نوری است.شکل 2 (د) این یک حالت رله تمام نوری است.در یک سیستم ارتباطی تمام نوری، مدارهای زمان بندی و بازسازی را شامل نمی شود، بنابراین کمی شفاف است و محدودیتی برای "سبیل بطری الکترونیکی" وجود ندارد.تا زمانی که تجهیزات ارسال و دریافت در دو انتها تعویض شود، ارتقاء از نرخ پایین به نرخ بالا آسان است و تقویت کننده نوری نیازی به تعویض ندارد.
2) کاربرد تقویت کننده نوری در شبکه توزیع فیبر نوری
مزایای توان خروجی بالای تقویت کننده های نوری (به ویژه EDFA) در شبکه های توزیع باند پهن (مانندCATVشبکه های).شبکه سنتی CATV از کابل کواکسیال استفاده می کند که باید هر چند صد متر تقویت شود و شعاع سرویس شبکه حدود 7 کیلومتر است.شبکه CATV فیبر نوری با استفاده از تقویت کننده های نوری نه تنها می تواند تعداد کاربران توزیع شده را تا حد زیادی افزایش دهد، بلکه مسیر شبکه را نیز بسیار گسترش می دهد.پیشرفت‌های اخیر نشان داده است که توزیع فیبر نوری/هیبرید (HFC) نقاط قوت هر دو را جلب می‌کند و دارای رقابت قوی است.
شکل 4 نمونه ای از شبکه توزیع فیبر نوری برای مدولاسیون AM-VSB 35 کانال تلویزیون است.منبع نور فرستنده DFB-LD با طول موج 1550 نانومتر و توان خروجی 3.3dBm است.با استفاده از EDFA 4 سطحی به عنوان تقویت کننده توزیع توان، توان ورودی آن حدود -6dBm و توان خروجی آن حدود 13dBm است.حساسیت گیرنده نوری -9.2d Bm.پس از 4 سطح توزیع، تعداد کل کاربران به 4.2 میلیون نفر رسیده است و مسیر شبکه بیش از ده ها کیلومتر است.نسبت وزنی سیگنال به نویز تست بیشتر از 45dB بود و EDFA باعث کاهش CSO نشد.
زمان ارسال: آوریل 23-2023