Σύγκριση διαφορετικών τύπων οπτικών ενισχυτών
Ο οπτικός ενισχυτής είναι μια σημαντική τεχνολογία για δίκτυα οπτικών επικοινωνιών. Χωρίς την ανάγκη να μετατραπούν πρώτα σε ηλεκτρικό σήμα, οι οπτικοί ενισχυτές χρησιμοποιούνται τώρα αντί των επαναληπτών. Όπως γνωρίζουμε, υπάρχουν διάφοροι τύποι οπτικών ενισχυτών. Μεταξύ αυτών, οι κύριες τεχνολογίες ενισχυτών είναι ενισχυτές οπτικών ινών (π.χ. EDFA), οπτικός ενισχυτής ημιαγωγών (SOA) και ενισχυτής Raman Fiber. Σήμερα, πρόκειται να μελετήσουμε και να συγκρίνουμε διαφορετικούς τύπους οπτικών ενισχυτών σε αυτό το έγγραφο.
Πριν από τη σύγκριση των διαφορετικών τύπων οπτικών ενισχυτών, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στον ενισχυτή οπτικών ινών. Γενικά, ένας αναμεταδότης περιλαμβάνει ένα δέκτη και έναν πομπό που συνδυάζονται σε μία συσκευασία. Ο δέκτης μετατρέπει την εισερχόμενη οπτική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Η ηλεκτρική έξοδος του δέκτη οδηγεί την ηλεκτρική είσοδο του πομπού. Η οπτική έξοδος του πομπού αντιπροσωπεύει μια ενισχυμένη έκδοση του οπτικού σήματος εισόδου συν θόρυβο. Οι επαναλήπτες δεν λειτουργούν για δίκτυα οπτικών ινών, όπου πολλοί πομποί στέλνουν σήματα σε πολλούς δέκτες με διαφορετικούς ρυθμούς δυαδικών ψηφίων και σε διαφορετικές μορφές. Ωστόσο, σε αντίθεση με έναν επαναλήπτη, ένας οπτικός ενισχυτής ενισχύει το οπτικό σήμα απευθείας χωρίς ηλεκτρικό και ηλεκτρικό οπτικό μετασχηματισμό. Επιπλέον, ένας ιδανικός οπτικός ενισχυτής θα μπορούσε να υποστηρίξει τη λειτουργία πολλαπλών καναλιών σε όσο το δυνατόν ευρύτερη ζώνη μήκους κύματος, να προσφέρει επίπεδο κέρδος σε ένα μεγάλο εύρος δυναμικού κέρδους, να έχει υψηλή κορεσμένη ισχύ εξόδου, χαμηλό θόρυβο και αποτελεσματική καταστολή παροδικών. Πολλά πλεονεκτήματα των οπτικών ενισχυτών ως εξής:
Υποστηρίξτε κάθε ρυθμό μετάδοσης bit και μορφή σήματος
Υποστηρίξτε ολόκληρη την περιοχή των μηκών κύματος
Αυξήστε την ικανότητα σύνδεσης οπτικών ινών χρησιμοποιώντας το WDM
Παρέχετε την ικανότητα όλων των οπτικών δικτύων, όχι μόνο των συνδέσεων point-to-point
Εντάξει, μετά από μια σύντομη εισαγωγή των οπτικών ενισχυτών, αρχίζουμε επίσημα το σημερινό κύριο θέμα. Όπως μιλάμε παραπάνω, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι σημερινής τεχνολογίας ενισχυτών. Κάθε ένα από αυτά έχει τη δική του αρχή λειτουργίας, χαρακτηριστικά και εφαρμογές. Θα τις περιγράψουμε μία προς μία στις παρακάτω παραγράφους.
Έγχρωμος ενισχυτής ινών (Ο τυπικός εκπρόσωπος: EDFA)
Ο ενισχυτής ίνας που είναι εφοδιασμένος με Erbium (EDFA) είναι οι πιο διαδεδομένοι ενισχυτές οπτικών ινών, που αποτελούνται κυρίως από ίνες εμπλουτισμένες με Erbium (EDF), φωτεινή πηγή αντλίας, οπτικούς συζεύκτες, οπτικούς μονωτήρες, οπτικά φίλτρα και άλλα εξαρτήματα. Ανάμεσά τους, μια ιχνοστοιχεία με μορφή ιόντων τρισθενούς ερβίου εισάγονται στον πυρήνα πυριτίας της οπτικής ίνας για να μεταβάλλουν τις οπτικές ιδιότητές της και να επιτρέπουν την ενίσχυση του σήματος.
Αρχή λειτουργίας
Η αρχή λειτουργίας του EDFA είναι η χρήση των πηγών φωτός αντλίας, η οποία συχνότερα έχει μήκος κύματος περίπου 980 nm και μερικές φορές περίπου 1450 nm, διεγείρει τα ιόντα του erbium (Er3 +) στην κατάσταση 4133 (στην περίπτωση των 980 nm άντληση μέσω 4Ι11 / 2), από όπου μπορούν να ενισχύσουν το φως στην περιοχή μήκους κύματος 1,5 μm μέσω διεγερμένης εκπομπής πίσω στην πολλαπλή εδάφους 4I15 / 2.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του EDFA
Πλεονεκτήματα
Το EDFA έχει υψηλή κατανάλωση ισχύος αντλίας (> 50%)
Απευθείας και ταυτόχρονα ενισχύουν μια ευρεία ζώνη μήκους κύματος (> 80nm) στην περιοχή 1550nm, με ένα σχετικά επίπεδο κέρδος
Η ομαλότητα μπορεί να βελτιωθεί με τα οπτικά φίλτρα επιπέδωσης
Κέρδος άνω των 50 dB
Χαμηλό επίπεδο θορύβου κατάλληλο για εφαρμογές μακρινών αποστάσεων
Μειονεκτήματα
Το μέγεθος του EDFA δεν είναι μικρό
Δεν μπορεί να ενσωματωθεί με άλλα εξαρτήματα ημιαγωγών
Οπτικός ενισχυτής ημιαγωγών (SOA)
Ο οπτικός ενισχυτής ημιαγωγών είναι ένας τύπος οπτικού ενισχυτή ο οποίος χρησιμοποιεί ένα ημιαγωγό για να παρέχει το μέσο κέρδους. Έχουν παρόμοια δομή με τις δίοδοι λέιζερ Fabry-Perot, αλλά με στοιχεία σχεδιασμού αντι-ανακλάσεως στις ακραίες επιφάνειες. Σε αντίθεση με άλλους οπτικούς ενισχυτές, τα SOA αντλούνται ηλεκτρονικά (δηλ. Απευθείας μέσω εφαρμοζόμενου ρεύματος) και δεν απαιτείται ξεχωριστό λέιζερ αντλίας.
Αρχή λειτουργίας
1.Μονισμένη εκπομπή για την ενίσχυση ενός οπτικού σήματος.
2.Αδραστική περιοχή του ημιαγωγού.
3. ρεύμα εισόδου για την άντληση ηλεκτρονίων στη ζώνη αγωγιμότητας.
4. Το σήμα εισόδου διεγείρει τη μετάβαση των ηλεκτρονίων μέχρι τη ζώνη σθένους για να αποκτήσει μια ενίσχυση.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του SOA
Πλεονεκτήματα
Ο οπτικός ενισχυτής ημιαγωγών είναι μικρού μεγέθους και αντλείται ηλεκτρικά.
Μπορεί να είναι δυνητικά λιγότερο ακριβό από το EDFA και μπορεί να ενσωματωθεί με λέιζερ ημιαγωγών, διαμορφωτές κλπ.
Μπορούν να διεξαχθούν και οι τέσσερις τύποι μη γραμμικών λειτουργιών (διαμόρφωση εγκάρσιου κέρδους, διαμόρφωση διασταυρούμενης φάσης, μετατροπή μήκους κύματος και ανάμιξη τεσσάρων κυμάτων).
Το SOA μπορεί να λειτουργήσει με λέιζερ χαμηλής ισχύος. Αυτό προέρχεται από το σύντομο χρονικό διάστημα της ζωής των βραχέων νανοδευτερόλεπτων ή λιγότερο, έτσι ώστε το κέρδος να αντιδρά ταχέως στις μεταβολές της αντλίας ή της ισχύος σήματος και οι μεταβολές του κέρδους προκαλούν επίσης μεταβολές φάσης που μπορούν να διαστρεβλώσουν τα σήματα.
Μειονεκτήματα
Η απόδοση του SOA δεν είναι ακόμη συγκρίσιμη με το EDFA. Το SOA έχει υψηλότερο θόρυβο, χαμηλότερο κέρδος, μέτρια εξάρτηση πόλωσης και υψηλή μη γραμμικότητα με γρήγορο μεταβατικό χρόνο.
Ενισχυτής Raman Fiber (FRA)
Ο ενισχυτής Raman Fiber (FRA) είναι επίσης ένας σχετικά ώριμος οπτικός ενισχυτής. Σε FRA, το οπτικό σήμα ενισχύεται λόγω της διεγερμένης σκέδασης Raman (SRS). Σε γενικές γραμμές, το FRA μπορεί να χωριστεί σε συγκεντρωτικό τύπο που ονομάζεται LRA και ο κατανεμημένος τύπος που ονομάζεται DRA. Το μέσο κέρδους ινών του πρώτου είναι γενικά σε απόσταση 10 χλμ. Επιπλέον, απαιτεί σε υψηλότερη ισχύ αντλίας, γενικά σε μερικές έως δώδεκα βατ που μπορεί να παράγει 40 dB ή και πάνω από τα κέρδη. Χρησιμοποιείται κυρίως για την ενίσχυση της ζώνης οπτικών σημάτων, των οποίων το EDFA δεν μπορεί να ικανοποιήσει. Τα μέσα απολαβής ινών του DRA είναι συνήθως μεγαλύτερα από την LRA, συνήθως για δεκάδες χιλιόμετρα, ενώ η ισχύς της αντλίας είναι κάτω από εκατοντάδες μεγαβάτ. Χρησιμοποιείται κυρίως στο σύστημα επικοινωνίας DWDM, βοηθητικό EDFA για τη βελτίωση της απόδοσης του συστήματος, την παρεμπόδιση του μη γραμμικού αποτελέσματος, τη μείωση της συχνότητας εμφάνισης σήματος, τη βελτίωση του λόγου σήματος προς θόρυβο και την ενίσχυση του διαδικτύου.
Αρχή λειτουργίας
Η αρχή του FRA βασίζεται στην επίδραση διέγερσης Raman Scattering (SRS). Το μέσο απολαβής είναι οπίσθια οπτική ίνα. Η ισχύς μεταφέρεται στο οπτικό σήμα με μια μη γραμμική οπτική διαδικασία γνωστή ως αποτέλεσμα Raman. Ένα φωτόνιο προσπίπτουσης διεγείρει ένα ηλεκτρόνιο στην εικονική κατάσταση και η διέγερση εκπομπής λαμβάνει χώρα όταν το ηλεκτρόνιο απο-διεγείρει μέχρι τη δόνηση του μορίου υάλου. Η μετατόπιση Stokes που αντιστοιχεί στην ιδιοσυχνότητα ενός φωνολογίου είναι περίπου 13,2 THz για όλες τις οπτικές ίνες.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του FRA
Πλεονεκτήματα
Είναι δυνατή η ενίσχυση της μεταβλητής μήκους κύματος
Συμβατό με εγκατεστημένες ίνες SM
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επέκταση του EDFA
Μπορεί να οδηγήσει σε χαμηλότερη μέση ισχύ σε μια κλίμακα, καλή για χαμηλότερη διδασκαλία
Μπορεί να είναι δυνατή η λειτουργία ευρείας ζώνης
Μειονεκτήματα
Οι υψηλές απαιτήσεις ισχύος της αντλίας, τα λέιζερ υψηλής ισχύος αντλίας έφθασαν μόλις πρόσφατα
Απαιτείται έξυπνος έλεγχος κέρδους
Ο θόρυβος είναι επίσης ένα ζήτημα
Περίληψη
Αφού μιλάμε για αυτούς τους τρεις τύπους οπτικών ενισχυτών, κάνουμε μια σύγκριση αυτών ως τον ακόλουθο πίνακα.
