1. PengelasanFiberApenguat
Terdapat tiga jenis utama penguat optik:
(1) Penguat Optik Semikonduktor (SOA, Penguat Optik Semikonduktor);
(2) Penguat gentian optik yang didop dengan unsur nadir bumi (erbium Er, thulium Tm, praseodimium Pr, rubidium Nd, dll.), terutamanya penguat gentian yang didop erbium (EDFA), serta penguat gentian terdop thulium (TDFA) dan penguat gentian terdop praseodimium (PDFA), dsb.
(3) Penguat gentian tak linear, terutamanya penguat gentian Raman (FRA, Penguat Gentian Raman). Perbandingan prestasi utama penguat optik ini ditunjukkan dalam jadual
EDFA (Penguat Serat Dop Erbium)
Sistem laser berbilang aras boleh dibentuk dengan mendop gentian kuarza dengan unsur nadir bumi (seperti Nd, Er, Pr, Tm, dll.), dan cahaya isyarat input dikuatkan secara langsung di bawah tindakan cahaya pam. Selepas memberikan maklum balas yang sesuai, laser gentian dibentuk. Panjang gelombang kerja penguat gentian tendop Nd ialah 1060nm dan 1330nm, dan pembangunan serta aplikasinya terhad disebabkan oleh sisihan daripada port sinki terbaik komunikasi gentian optik dan sebab-sebab lain. Panjang gelombang operasi EDFA dan PDFA masing-masing berada dalam tetingkap panjang gelombang kehilangan terendah (1550nm) dan penyebaran sifar (1300nm) komunikasi gentian optik, dan TDFA beroperasi dalam jalur-S, yang sangat sesuai untuk aplikasi sistem komunikasi gentian optik. Terutamanya EDFA, perkembangan paling pesat, telah praktikal.
YangPprinsip EDFA
Struktur asas EDFA ditunjukkan dalam Rajah 1(a), yang kebanyakannya terdiri daripada medium aktif (serat silika yang didop erbium sepanjang kira-kira puluhan meter, dengan diameter teras 3-5 mikron dan kepekatan dop (25-1000)x10-6), sumber cahaya pam (990 atau 1480nm LD), pengganding optik dan pengasing optik. Lampu isyarat dan lampu pam boleh merambat ke arah yang sama (pengepaman koarah), arah yang bertentangan (pengepaman terbalik) atau kedua-dua arah (pengepaman dwiarah) dalam gentian erbium. Apabila lampu isyarat dan lampu pam disuntik ke dalam gentian erbium pada masa yang sama, ion erbium teruja ke tahap tenaga yang tinggi di bawah tindakan lampu pam (Rajah 1(b), sistem tiga peringkat), dan cepat mereput ke tahap tenaga metastabil, apabila ia kembali ke keadaan dasar di bawah tindakan lampu isyarat tuju, ia memancarkan foton yang sepadan dengan lampu isyarat, supaya isyarat dikuatkan. Rajah 1 (c) ialah spektrum pancaran spontan (ASE) yang diperkuatkan dengan lebar jalur yang besar (sehingga 20-40nm) dan dua puncak masing-masing sepadan dengan 1530nm dan 1550nm.
Kelebihan utama EDFA adalah gandaan tinggi, lebar jalur yang besar, kuasa output yang tinggi, kecekapan pam yang tinggi, kehilangan sisipan yang rendah, dan ketidakpekaan terhadap keadaan polarisasi.
2. Masalah dengan Penguat Gentian Optik
Walaupun penguat optik (terutamanya EDFA) mempunyai banyak kelebihan yang luar biasa, ia bukanlah penguat yang ideal. Selain hingar tambahan yang mengurangkan SNR isyarat, terdapat beberapa kekurangan lain, seperti:
- Ketidaksekataan spektrum gandaan dalam lebar jalur penguat mempengaruhi prestasi penguatan berbilang saluran;
- Apabila penguat optik disusun secara lata, kesan hingar ASE, penyebaran gentian dan kesan tak linear akan terkumpul.
Isu-isu ini mesti dipertimbangkan dalam reka bentuk aplikasi dan sistem.
3. Aplikasi Penguat Optik dalam Sistem Komunikasi Gentian Optik
Dalam sistem komunikasi gentian optik,Penguat Gentian Optikboleh digunakan bukan sahaja sebagai penguat rangsangan kuasa pemancar untuk meningkatkan kuasa penghantaran, tetapi juga sebagai prapenguat penerima untuk meningkatkan kepekaan penerima, dan juga boleh menggantikan pengulang optik-elektrik-optik tradisional, untuk melanjutkan jarak penghantaran dan merealisasikan komunikasi semua-optik.
Dalam sistem komunikasi gentian optik, faktor utama yang mengehadkan jarak penghantaran adalah kehilangan dan penyebaran gentian optik. Menggunakan sumber cahaya spektrum sempit, atau bekerja berhampiran panjang gelombang sebaran sifar, pengaruh penyebaran gentian adalah kecil. Sistem ini tidak perlu melakukan penjanaan semula pemasaan isyarat lengkap (geganti 3R) di setiap stesen geganti. Ia mencukupi untuk menguatkan isyarat optik secara langsung dengan penguat optik (geganti 1R). Penguat optik boleh digunakan bukan sahaja dalam sistem trunk jarak jauh tetapi juga dalam rangkaian pengedaran gentian optik, terutamanya dalam sistem WDM, untuk menguatkan berbilang saluran secara serentak.
1) Aplikasi Penguat Optik dalam Sistem Komunikasi Gentian Optik Trunk
Rajah 2 ialah gambarajah skematik aplikasi penguat optik dalam sistem komunikasi gentian optik trunk. (a) gambar menunjukkan bahawa penguat optik digunakan sebagai penguat rangsangan kuasa pemancar dan prapenguat penerima supaya jarak bukan geganti digandakan. Contohnya, dengan menggunakan EDFA, penghantaran sistem Jarak 1.8Gb/s meningkat daripada 120km kepada 250km atau mencapai 400km. Rajah 2 (b)-(d) ialah aplikasi penguat optik dalam sistem berbilang geganti; Rajah (b) ialah mod geganti 3R tradisional; Rajah (c) ialah mod geganti campuran bagi pengulang 3R dan penguat optik; Rajah 2 (d) Ia ialah mod geganti semua-optik; dalam sistem komunikasi semua-optik, ia tidak termasuk litar pemasaan dan penjanaan semula, jadi ia telus bit, dan tiada sekatan "pemetik botol elektronik". Selagi peralatan penghantaran dan penerimaan di kedua-dua hujung diganti, ia mudah untuk dinaik taraf daripada kadar rendah kepada kadar tinggi, dan penguat optik tidak perlu diganti.
2) Aplikasi Penguat Optik dalam Rangkaian Pengedaran Gentian Optik
Kelebihan output kuasa tinggi penguat optik (terutamanya EDFA) sangat berguna dalam rangkaian pengedaran jalur lebar (sepertiCATVRangkaian). Rangkaian CATV tradisional menggunakan kabel sepaksi, yang perlu dikuatkan setiap beberapa ratus meter, dan jejari perkhidmatan rangkaian adalah kira-kira 7km. Rangkaian CATV gentian optik yang menggunakan penguat optik bukan sahaja dapat meningkatkan bilangan pengguna teragih dengan ketara, tetapi juga mengembangkan laluan rangkaian dengan ketara. Perkembangan terkini menunjukkan bahawa pengedaran gentian optik/hibrid (HFC) menarik kekuatan kedua-duanya dan mempunyai daya saing yang kuat.
Rajah 4 ialah contoh rangkaian pengedaran gentian optik untuk modulasi AM-VSB bagi 35 saluran TV. Sumber cahaya pemancar ialah DFB-LD dengan panjang gelombang 1550nm dan kuasa output 3.3dBm. Menggunakan EDFA 4 peringkat sebagai penguat pengagihan kuasa, kuasa inputnya adalah kira-kira -6dBm, dan kuasa outputnya adalah kira-kira 13dBm. Kepekaan penerima optik -9.2dBm. Selepas 4 peringkat pengagihan, jumlah pengguna telah mencapai 4.2 juta, dan laluan rangkaian adalah lebih daripada puluhan kilometer. Nisbah isyarat-ke-hingar berwajaran ujian adalah lebih besar daripada 45dB, dan EDFA tidak menyebabkan pengurangan dalam CSO.
Masa siaran: 23-Apr-2023