Erilaisten optisten vahvistimien vertailu
Optinen vahvistin on tärkeä tekniikka optisia viestintäverkkoja varten. Ilman tarvetta ensin muuntaa se sähköiseksi signaaliksi, optisia vahvistimia käytetään nyt toistimien sijasta. Kuten tiedämme, optisia vahvistimia on useita. Niistä tärkeimmät vahvistimen tekniikat ovat Doped fiber -vahvistin (esim. EDFA), Semiconductor-optinen vahvistin (SOA) ja Fiber Raman -vahvistin. Tänään aiomme tutkia ja verrata tämän tyyppisiä optisia vahvistimia.
Ennen eri tyyppisten optisten vahvistimien vertailua tarkastellaan lähemmin kuituoptista vahvistinta. Yleensä toistin sisältää vastaanottimen ja lähettimen yhdistettynä yhteen pakettiin. Vastaanotin muuntaa saapuvan optisen energian sähköenergiaksi. Vastaanottimen sähköteho ajaa lähettimen sähköistä tuloa. Lähettimen optinen lähtö edustaa optisen tulosignaalin vahvistettua versiota ja kohinaa. Toistimet eivät toimi kuituoptisissa verkoissa, joissa monet lähettimet lähettävät signaaleja monille vastaanottimille eri bittinopeuksilla ja eri muodoissa. Toisin kuin toistin, kuitenkin optinen vahvistin vahvistaa optista signaalia suoraan ilman sähköistä ja sähköistä optista muunnosta. Lisäksi ihanteellinen optinen vahvistin voisi tukea monikanavaista toimintaa niin laajalla aallonpituuskaistalla kuin mahdollista, antaa tasaisen vahvistuksen suuren dynaamisen vahvistusalueen yli, sillä on suuri tyydyttävä lähtöteho, alhainen melu ja tehokas ohimenevä vaimennus. Useat optisten vahvistimien edut ovat seuraavat:
Tuetaan mitä tahansa bittinopeutta ja signaalin muotoa
Tuetaan koko aallonpituuksien aluetta
Lisää kuituoptisten yhteyksien kapasiteettia WDM: n avulla
Tarjota kaikkien optisten verkkojen kyky, ei vain pisteestä pisteeseen-linkit
OK, optisten vahvistimien lyhyen esittelyn jälkeen, aloitamme virallisesti tämänpäiväisen pääaiheen. Kuten edellä puhumme, nykypäivän vahvistimen tekniikalla on kolme päätyyppiä. Jokaisella on oma toimintaperiaate, ominaisuudet ja sovellukset. Kuvailemme niitä yksitellen seuraavissa kohdissa.
Seostettu kuituvahvistin (tyypillinen edustaja: EDFA)
Erbium-seostettu kuituvahvistin (EDFA) on yleisimmin käytetty kuituoptinen vahvistin, joka on pääasiassa valmistettu Erbium-seostetusta kuidusta (EDF), pumpun valolähteestä, optisista kytkimistä, optisista eristimistä, optisista suodattimista ja muista komponenteista. Näiden joukossa optisessa kuidussa olevaan piidioksidisydämeen lisätään trivalenttisen erbium-ionin muodossa oleva hivenepäpuhtaus sen optisten ominaisuuksien muuttamiseksi ja signaalin vahvistamiseksi.
Toimintaperiaate
EDFA: n toimintaperiaatteena on käyttää pumpun valonlähteitä, joiden aallonpituus on useimmiten noin 980 nm ja joskus noin 1450 nm, virittää erbiumionit (Er3 +) 4I13 / 2-tilaan (980 nm: n tapauksessa). pumpataan 4I11 / 2: n kautta), josta ne voivat tehostaa valoa 1,5 μm: n aallonpituusalueella stimuloidun päästön kautta takaisin maadoituskammioon 4I15 / 2.
EDFA: n edut ja haitat
edut
EDFA: lla on korkea pumpun tehon käyttö (> 50%)
Vahvistaa suoraan ja samanaikaisesti laajaa aallonpituuskaistaa (> 80 nm) 1550 nm: n alueella suhteellisen tasaisella vahvistuksella
Tasaisuus voidaan parantaa optisten suodattimien avulla
Vahvistetaan yli 50 dB
Matala melutaso sopii pitkän matkan sovelluksiin
haitat
EDFA: n koko ei ole pieni
Sitä ei voi integroida muihin puolijohdekomponentteihin
Puolijohteiden optinen vahvistin (SOA)
Puolijohtava optinen vahvistin on eräänlainen optinen vahvistin, joka käyttää puolijohdetta vahvistusväliaineen aikaansaamiseksi. Niillä on samanlainen rakenne kuin Fabry – Perot-laserdiodeilla, mutta heijastuksen esto-elementteillä on päätypinnat. Toisin kuin muut optiset vahvistimet SOA: t pumpataan sähköisesti (ts. Suoraan levitetyn virran kautta), eikä erillistä pumppilaseria tarvita.
Toimintaperiaate
1.Stimuloitu emissio optisen signaalin vahvistamiseksi.
2.Puolijohteiden aktiivinen alue.
3. Injection current pumpun elektroneihin johtavuusnauhassa.
4.Tulosignaali stimuloi elektronien siirtymistä valenssikaistalle vahvistuksen saamiseksi.
SOA: n edut ja haitat
edut
Puolijohteiden optinen vahvistin on pienikokoinen ja pumpataan sähköisesti.
Se voi olla edullisempi kuin EDFA ja se voidaan integroida puolijohdelasereihin, modulaattoreihin jne.
Kaikki neljä epälineaaristen operaatioiden tyyppiä (ristivahvistusmodulaatio, ristivaiheen modulaatio, aallonpituuden muunnos ja neljä aaltojen sekoittamista) voidaan toteuttaa.
SOA: ta voidaan käyttää pienitehoisella laserilla. Tämä on peräisin lyhyestä nanosekunnasta tai pienemmästä ylemmän tilan elinikästä, niin että vahvistus reagoi nopeasti pumpun tai signaalitehon vaihtumiseen ja vahvistuksen muutokset aiheuttavat myös vaihemuutoksia, jotka voivat vääristää signaaleja.
haitat
SOA: n suorituskyky ei ole vielä vertailukelpoinen EDFA: n kanssa. SOA: lla on suurempi melu, pienempi vahvistus, kohtalainen polarisaatio-riippuvuus ja korkea epälineaarisuus nopealla siirtymäajalla.
Fiber Raman -vahvistin (FRA)
Fiber Raman -vahvistin (FRA) on myös suhteellisen kypsä optinen vahvistin. FRA: ssa optinen signaali vahvistetaan stimuloidun Raman-sironnan (SRS) vuoksi. Yleensä FRA voi olla jaettu LRA: n ja hajotetun tyypin nimeltä DRA. Ensimmäisen kuidun vahvistusväline on yleensä 10 km: n sisällä. Lisäksi se vaatii korkeampaa pumpun tehoa, yleensä muutamassa tai kymmenessä watissa, joka voi tuottaa 40 dB: n tai jopa yli voittoa. Sitä käytetään pääasiassa optisen signaalikaistan vahvistamiseen, josta EDFA ei pysty täyttämään. DRA: n kuitujen vahvistusmediat ovat tavallisesti pitempiä kuin LRA, yleensä kymmeniä kilometrejä, kun taas pumpun lähteen teho on alle satoja megawatteja. Sitä käytetään lähinnä DWDM-viestintäjärjestelmässä, EDFA: n lisälaitteella järjestelmän suorituskyvyn parantamiseksi, epälineaarisen vaikutuksen estämiseksi, signaalitehon vähenemisen vähentämiseksi, signaali-kohinasuhteen parantamiseksi ja online-vahvistamiseksi.
Toimintaperiaate
FRA: n periaate perustuu SRS-vaikutukseen. Vahvistusväliaine on undoped optinen kuitu. Teho siirretään optiseen signaaliin epälineaarisella optisella prosessilla, joka tunnetaan nimellä Raman-vaikutus. Tapahtuva fotoni herättää elektronin virtuaaliseen tilaan ja stimuloitu emissio tapahtuu, kun elektroni virittyy lasimolekyylin värähtelytilaan. Fononin omaa energiaa vastaava Stokes-siirtymä on noin 13,2 THz kaikille optisille kuiduille.
FRA: n edut ja haitat
edut
Muuttuva aallonpituuden vahvistaminen on mahdollista
Yhteensopiva asennetun SM-kuidun kanssa
Voidaan käyttää EDFA: n laajentamiseen
Voi johtaa alhaisempaan keskimääräiseen tehoon, joka on alhaisempi ylikuuluminen
Hyvin laajakaistayhteys voi olla mahdollista
haitat
Korkeat pumpun tehovaatimukset, korkean pumpun teholaserit ovat vasta saapuneet
Tarvitaan hienostunut vahvistusohjaus
Melu on myös ongelma
Yhteenveto
Kun puhutaan näistä kolmesta optisen vahvistimen tyypistä, vertaamme niitä seuraavassa taulukossa.
