1. Klasipikasyon saFiberAmga amplififier
Adunay tulo ka pangunang klase sa optical amplifiers:
(1) Semiconductor Optical Amplifier (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Mga optical fiber amplifier nga gidugangan og mga rare earth elements (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, ug uban pa), kasagaran erbium-doped fiber amplifiers (EDFA), ingon man ang mga thulium-doped fiber amplifier (TDFA) ug praseodymium-doped fiber amplifier (PDFA), ug uban pa.
(3) Mga nonlinear fiber amplifier, kasagaran fiber Raman amplifier (FRA, Fiber Raman Amplifier). Ang pangunang pagtandi sa performance niining mga optical amplifier gipakita sa talaan.
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
Ang usa ka multi-level laser system mahimong maporma pinaagi sa pag-doping sa quartz fiber nga adunay mga rare earth elements (sama sa Nd, Er, Pr, Tm, ug uban pa), ug ang input signal light direktang gipadako ubos sa aksyon sa pump light. Human makahatag og angay nga feedback, usa ka fiber laser ang maporma. Ang working wavelength sa Nd-doped fiber amplifier kay 1060nm ug 1330nm, ug ang pag-uswag ug paggamit niini limitado tungod sa pagtipas gikan sa pinakamaayong sink port sa fiber optic communication ug uban pang mga hinungdan. Ang operating wavelengths sa EDFA ug PDFA anaa sa bintana sa labing ubos nga loss (1550nm) ug zero dispersion wavelength (1300nm) sa optical fiber communication, ug ang TDFA naglihok sa S-band, nga angay kaayo alang sa mga aplikasyon sa optical fiber communication system. Ilabi na ang EDFA, ang labing paspas nga pag-uswag, praktikal kaayo.
AngPprinsipyo sa EDFA
Ang sukaranang istruktura sa EDFA gipakita sa Figure 1(a), nga kasagaran gilangkoban sa usa ka aktibong medium (erbium-doped silica fiber nga mga napulo ka metros ang gitas-on, nga adunay core diameter nga 3-5 microns ug doping concentration nga (25-1000)x10-6), pump light source (990 o 1480nm LD), optical coupler ug optical isolator. Ang signal light ug pump light mahimong mokaylap sa parehas nga direksyon (codirectional pumping), magkaatbang nga direksyon (reverse pumping) o pareho nga direksyon (bidirectional pumping) sa erbium fiber. Kung ang signal light ug ang pump light gi-inject sa erbium fiber sa parehas nga oras, ang mga erbium ions ma-excite sa taas nga lebel sa enerhiya ubos sa aksyon sa pump light (Figure 1 (b), usa ka three-level system), ug dali nga madunot ngadto sa metastable energy level, kung kini mobalik sa ground state ubos sa aksyon sa incident signal light, kini mopagawas og mga photon nga katumbas sa signal light, aron ang signal ma-amplify. Ang Figure 1 (c) mao ang amplified spontaneous emission (ASE) spectrum niini nga adunay dakong bandwidth (hangtod sa 20-40nm) ug duha ka peak nga katumbas sa 1530nm ug 1550nm matag usa.
Ang mga nag-unang bentaha sa EDFA mao ang taas nga gain, dako nga bandwidth, taas nga output power, taas nga pump efficiency, ubos nga insertion loss, ug insensitivity sa polarization state.
2. Mga Problema sa Fiber Optical Amplifiers
Bisan tuod ang optical amplifier (ilabi na ang EDFA) adunay daghang talagsaong mga bentaha, dili kini usa ka sulundon nga amplifier. Gawas pa sa dugang nga kasaba nga nagpamenos sa SNR sa signal, adunay uban pang mga kakulangan, sama sa:
- Ang dili patas nga pag-andar sa gain spectrum sulod sa bandwidth sa amplifier makaapekto sa performance sa multi-channel amplification;
- Kung ang mga optical amplifier gi-cascade, ang mga epekto sa ASE noise, fiber dispersion ug nonlinear effects magtipun-og.
Kini nga mga isyu kinahanglan nga tagdon sa disenyo sa aplikasyon ug sistema.
3. Paggamit sa Optical Amplifier sa Sistema sa Komunikasyon sa Optical Fiber
Sa sistema sa komunikasyon sa optical fiber, angFiber Optical Amplifiermagamit dili lamang isip power boost amplifier sa transmitter aron madugangan ang transmission power, apan isip preamplifier usab sa receiver aron mapaayo ang receiving sensitivity, ug mahimo usab nga mopuli sa tradisyonal nga optical-electrical-optical repeater, aron mapalapdan ang transmission distance ug matuman ang all-optical communication.
Sa mga sistema sa komunikasyon sa optical fiber, ang mga nag-unang hinungdan nga naglimite sa distansya sa transmission mao ang pagkawala ug pagkatibulaag sa optical fiber. Gamit ang usa ka narrow-spectrum light source, o pagtrabaho duol sa zero-dispersion wavelength, gamay ra ang impluwensya sa fiber dispersion. Kini nga sistema dili kinahanglan nga mohimo sa kompleto nga signal timing regeneration (3R relay) sa matag relay station. Igo na ang direktang pag-amplify sa optical signal gamit ang usa ka optical amplifier (1R relay). Ang mga optical amplifier magamit dili lamang sa mga long-distance trunk system apan lakip usab sa mga optical fiber distribution network, labi na sa mga WDM system, aron dungan nga pag-amplify sa daghang mga channel.
1) Paggamit sa mga Optical Amplifier sa mga Sistema sa Komunikasyon sa Trunk Optical Fiber
Ang Fig. 2 usa ka eskematiko nga diagram sa aplikasyon sa optical amplifier sa trunk optical fiber communication system. (a) ang hulagway nagpakita nga ang optical amplifier gigamit isip power boost amplifier sa transmitter ug preamplifier sa receiver aron ang non-relay distance madoble. Pananglitan, sa pagsagop sa EDFA, ang sistema sa transmission Ang distansya nga 1.8Gb/s motaas gikan sa 120km ngadto sa 250km o gani moabot sa 400km. Ang Figure 2 (b)-(d) mao ang aplikasyon sa optical amplifiers sa multi-relay systems; Ang Figure (b) mao ang tradisyonal nga 3R relay mode; Ang Figure (c) mao ang mixed relay mode sa 3R repeaters ug optical amplifiers; Figure 2 (d) Kini usa ka all-optical relay mode; sa usa ka all-optical communication system, wala kini naglakip sa timing ug regeneration circuits, busa kini bit-transparent, ug walay "electronic bottle whisker" nga restriksyon. Basta ang sending ug receiving equipment sa duha ka tumoy ilisan, dali ra ang pag-upgrade gikan sa low rate ngadto sa high rate, ug ang optical amplifier dili kinahanglan nga ilisan.
2) Paggamit sa Optical Amplifier sa Optical Fiber Distribution Network
Ang mga bentaha sa taas nga output sa kuryente sa mga optical amplifier (ilabi na ang EDFA) mapuslanon kaayo sa mga broadband distribution network (sama saCATVMga Network). Ang tradisyonal nga CATV network naggamit ug coaxial cable, nga kinahanglan nga i-amplify matag gatos ka metros, ug ang service radius sa network mga 7km. Ang optical fiber CATV network nga naggamit ug optical amplifiers dili lamang makadugang sa gidaghanon sa mga distributed users, apan makapalapad usab sa network path. Ang bag-o nga mga kalamboan nagpakita nga ang distribution sa optical fiber/hybrid (HFC) nagkuha sa kusog sa duha ug adunay lig-on nga kompetisyon.
Ang Figure 4 usa ka ehemplo sa usa ka optical fiber distribution network para sa AM-VSB modulation sa 35 ka channel sa TV. Ang tinubdan sa kahayag sa transmitter mao ang DFB-LD nga adunay wavelength nga 1550nm ug output power nga 3.3dBm. Gamit ang 4-level EDFA isip power distribution amplifier, ang input power niini mga -6dBm, ug ang output power niini mga 13dBm. Ang optical receiver sensitivity -9.2d Bm. Human sa 4 ka lebel sa distribution, ang kinatibuk-ang gidaghanon sa mga tiggamit nakaabot na sa 4.2 milyon, ug ang network path sobra sa napulo ka kilometro. Ang weighted signal-to-noise ratio sa pagsulay mas dako pa sa 45dB, ug ang EDFA wala hinungdan sa pagkunhod sa CSO.
Oras sa pag-post: Abr-23-2023