Usporedba različitih tipova optičkih pojačala
Optičko pojačalo je važna tehnologija za optičke komunikacione mreže. Bez potrebe da se prvo pretvori u električni signal, optička pojačala se sada koriste umesto repetitora. Kao što znamo, postoji nekoliko tipova optičkih pojačala. Među njima, glavne tehnologije pojačala su dopirani optički pojačavač (npr. EDFA), poluprovodničko optičko pojačalo (SOA) i optičko pojačalo. Danas ćemo istražiti i uporediti različite tipove optičkih pojačala u ovom radu.
Prije usporedbe različitih tipova optičkih pojačala, pogledajmo pobliže optičko pojačalo. Uopšteno, repetitor sadrži prijemnik i predajnik kombinovane u jednom paketu. Prijemnik pretvara ulaznu optičku energiju u električnu energiju. Električni izlaz prijemnika pokreće električni ulaz predajnika. Optički izlaz predajnika predstavlja pojačanu verziju optičkog ulaznog signala plus buku. Repetitori ne rade za optičke mreže, gdje mnogi odašiljači šalju signale mnogim prijemnicima pri različitim brzinama protoka i različitim formatima. Međutim, za razliku od repetitora, optičko pojačalo pojačava optički signal direktno bez električne i električne optičke transformacije. Pored toga, idealno optičko pojačalo može podržati višekanalno funkcionisanje preko što je moguće šireg talasnog opsega, obezbediti ravnomerno pojačanje u velikom opsegu dinamičkog pojačanja, imati visoku zasićenu izlaznu snagu, nisku razinu buke i efektivno potiskivanje prelaznih pojava. Nekoliko prednosti optičkih pojačala:
Podržava bilo koju brzinu bita i format signala
Podržava cijelu regiju valnih duljina
Povećajte kapacitet optičkih veza koristeći WDM
Obezbedite sposobnost optičkih mreža, a ne samo veze od tačke do tačke
OK, nakon kratkog uvoda optičkih pojačala, formalno počinjemo današnju glavnu temu. Kao što smo gore spomenuli, postoje tri glavne vrste današnje tehnologije pojačala. Svaki od njih ima svoj princip rada, karakteristike i primjene. Mi ćemo ih opisati jedan po jedan u sljedećim paragrafima.
Pojačalo sa dopiranim vlaknima (tipični predstavnik: EDFA)
Pojačalo sa vlaknima sa erbijumom (EDFA) je najčešće korišćeno optičko pojačalo, uglavnom napravljeno od vlakana dopiranih sa erbijumom (EDF), izvora svetlosti pumpe, optičkih spojnica, optičkih izolatora, optičkih filtera i drugih komponenti. Među njima, nečistoća u tragovima u obliku trivalentnog iona erbijuma je umetnuta u silikatnu jezgru optičkih vlakana kako bi se promijenile njegove optičke osobine i omogućilo pojačavanje signala.
Princip rada
Princip rada EDFA je da se koriste izvori svjetlosti pumpe, koji najčešće imaju talasnu dužinu oko 980 nm, a ponekad i oko 1450 nm, pobuđuju ione erbijuma (Er3 +) u stanje 4I13 / 2 (u slučaju 980 nm pumpanje preko 4I11 / 2), odakle mogu pojačati svetlost u području talasne dužine od 1,5 μm preko stimulisane emisije nazad u kolektor 4I15 / 2 osnovnog stanja.
Prednosti i nedostaci EDFA
Prednosti
EDFA ima visoku snagu pumpe (> 50%)
Direktno i istovremeno pojačava široki opseg talasnih dužina (> 80nm) u 1550nm regionu, sa relativno ravnom dobiti
Ravnomjernost se može poboljšati optičkim filtrima za povećanje ravnoteže
Dobitak veći od 50 dB
Nizak nivo šuma pogodan za dugotrajne primjene
Nedostaci
Veličina EDFA nije mala
Ne može se integrirati s drugim poluvodičkim deviecs
Poluvodički optički pojačavač (SOA)
Poluprovodničko optičko pojačalo je jedan tip optičkog pojačala koje koristi poluvodič da obezbedi medijum pojačanja. Oni imaju sličnu strukturu kao i Fabry – Perotove laserske diode, ali sa elementima dizajna protiv refleksije na završnim površinama. Za razliku od drugih optičkih pojačala, SOA se pumpaju elektronski (tj. Direktno preko primenjene struje), a nije potreban poseban laser za pumpu.
Princip rada
1.Simulirana emisija za pojačavanje optičkog signala.
2.Aktivna oblast poluvodiča.
3.Inction struja pumpa elektrone u provodni pojas.
4.Ulazni signal stimuliše tranziciju elektrona do valentnog opsega da bi se dobilo pojačanje.
Prednosti i nedostaci SOA
Prednosti
Poluprovodničko optičko pojačalo je male veličine i električno pumpano.
Može biti potencijalno jeftiniji od EDFA i može se integrirati sa poluvodičkim laserima, modulatorima itd.
Mogu se provoditi sva četiri tipa nelinearnih operacija (modulacija križnog pojačanja, unakrsna modulacija, konverzija valne duljine i miješanje s četiri vala).
SOA se može pokrenuti sa laserom male snage. Ovo potiče od kratkog nanosekundnog ili manjeg gornjeg stanja, tako da dobitak reagira brzo na promjene snage pumpe ili signala i promjene dobitka također uzrokuju fazne promjene koje mogu izobličiti signale.
Nedostaci
Performanse SOA još uvek nisu uporedive sa EDFA. SOA ima veću buku, manju dobit, umjerenu polarizacijsku ovisnost i visoku nelinearnost s brzim prolaznim vremenom.
Fiber Raman pojačalo (FRA)
Fiber Raman pojačalo (FRA) je također relativno zrelo optičko pojačalo. U FRA, optički signal se pojačava zbog stimulisanog Ramanovog raspršenja (SRS). Generalno, FRA može se podijeliti na lumped tip koji se zove LRA i distribuirani tip koji se zove DRA. Mediji za dobijanje vlakana prvog su uglavnom u krugu od 10 km. Osim toga, to zahtijeva veću snagu pumpe, općenito u nekoliko do deset vata koje mogu proizvesti 40 dB ili čak i više. Uglavnom se koristi za pojačavanje opsega optičkog signala za koji EDFA ne može da zadovolji. Mediji za dobijanje vlakana DRA obično su duži od LRA, uglavnom za desetine kilometara dok je snaga izvora pumpe smanjena na stotine megavata. Uglavnom se koristi u DWDM komunikacijskom sustavu, pomoćni EDFA za poboljšanje performansi sustava, inhibiranje nelinearnog efekta, smanjenje učestalosti signala, poboljšanje omjera signala i šuma i pojačavanje online.
Princip rada
Princip FRA zasniva se na efektu Stimuliranog Ramanskog Rasipanja (SRS). Dobitna sredina je nedopirana optička vlakna. Snaga se prenosi na optički signal pomoću nelinearnog optičkog procesa poznatog kao Raman efekat. Incidentni foton pobuđuje elektron u virtualno stanje, a stimulirana emisija se dešava kada elektron ekscentrira sve do vibracijskog stanja molekula stakla. Stokesov pomak koji odgovara vlastitoj energiji fonona je približno 13,2 THz za sva optička vlakna.
Prednosti i nedostaci FRA
Prednosti
Moguće je pojačanje valne duljine
Kompatibilan sa instaliranim SM vlaknima
Može se koristiti za proširenje EDFA
Može rezultirati nižom prosječnom snagom iznad raspona, što je dobro za niže preslušavanje
Veoma širokopojasni rad može biti moguć
Nedostaci
Zahtevi visoke snage pumpe, laseri visoke snage pumpe su tek nedavno stigli
Potrebna je sofisticirana kontrola pojačanja
Buka je takođe problem
Sažetak
Nakon razgovora o ove tri vrste optičkih pojačala, mi ih poredimo kao sljedeću tabelu.
