Волоконно-оптические усилители

Существуют три основных типа оптического усилителя (ОУ), которые были разработаны для использования в ВОСП: усилители на лазерных диодах, усилители на легированном волокне и романовские усилители. В настоящее время ОУ на легированном волокне доминируют на рынке. Для легирования используется элемент эрбий, а сами ОУ называются усилителем на волокне, легированном эрбием (EDFA). Конкурирующие с ними ОУ на лазерных диодах до сих пор уступали им дороговизной производства, чувствительностью к поляризации и высоким уровнем перекрестных помех.

На рисунке 15 показана упрощенная блок-схема усилителя типа EDFA. Она содержит лишь один активный блок - блок накачки. Накачка использует обычно лазерный источник света, похожий на то, что используется в передатчике. Для промышленных усилителей EDFA используются источники накачки 980 или 1480 нм.

Конфигурация, приведенная на рисунке 8.2, является элементарным мультиплексором с разделением по длине волны, где разветвитель играет роль комбайнера/мультиплексора, т.е. просто объединяет световой сигнал накачки с рабочим оптическим сигналом. Эти два сигнала проходят через активную область (волокно), где и происходит фактическое усиление сигнала. Активная область состоит из специально приготовленного оптического волокна, которое в определенной степени легировано эрбием, редкоземельным элементом. В ОУ типа EDFA с наиболее простой схемой необходимое усиление обеспечивается в относительно узкой полосе длин волн от 1525 до 1565 нм. Однако то, что мы называем узкой полосой длин волн, обеспечивает достаточное пространство для размещения многих WDM каналов.

Одно из преимуществ такого ОУ над регенератором в том, что в многоканальной системе WDM на каждый канал требуется отдельный регенератор, тогда как на всю систему WDM требуется только один усилитель. Пусть, например, система WDM имеет 16 каналов. Тогда для этой конфигурации требуется 16 регенераторов и всего один ОУ. Более того, ОУ прозрачен по отношению к проходящему потоку бит, тогда как регенератор рассчитан на определенную скорость потока. При большой длине системы (например, больше 700 км) требуется использовать по крайней мере один регенератор для того, чтобы ослабить действие дисперсии и восстановить форму сигнала

Рисунок 15 - Упрощенная схема усилителя на волокне легированном эрбием

Усилители на лазерных диодах. Существуют три типа усилителей на лазерных диодах: с блокировкой инжекции, типа Фабри-Перо и типа бегущей волны (TW). Первые два типа отличаются порогом генерации лазера. У оптических усилителей с лазерным диодом и блокировкой инжекции обычный лазерный диод смещен выше порога генерации лазера и работает как усилитель. Усилитель типа Фабри-Перо - усилитель с лазерным диодом, который смещен ниже порога генерации лазера. Усилитель бегущей волны (УБВ) - полупроводниковый усилитель, ограничивающие поверхности которого покрыты антиотражающим покрытием. В последнее время УБВ стал доминировать в этой группе усилителей, учитывая его прекрасные характеристики и прогресс, достигнутый в области антиотражающих покрытий. В отличие от ОУ на легированном волокне, усилители на лазерных диодах могут быть спроектированы так, чтобы хорошо работать на любой длине волны, где могут работать лазеры (т.е. передатчики).

Максимальное усиление усилителя на лазерном диоде при инжекционном токе 80 мА составляет 19 дБ, а ширина полосы на уровне -3 дБ - примерно 50 нм. Достаточно широкая полоса пропускания - одно из преимуществ полупроводниковых лазерных усилителей. Можно ожидать и более широкий спектр усиления при использовании лазеров с множественными квантовыми (потенциальными) ямами (MQW), благодаря их своеобразной структуре энергетических зон. Уровень шума этих усилителей порядка 5-7 дБ.

Существуют три различных способа размещения волоконно-оптических усилителей (ВОУ), как показано на рисунке 16 На рисунке 16(a) показано их использование в режиме линейного усилителя. В этом случае усилители устанавливаются в стратегических точках вдоль волоконно-оптического тракта для усиления сигнала до такого уровня, чтобы он соответствовал желаемому диапазону чувствительности удаленного мультиплексора ввода-вывода или оконечного приемника.

Рисунок 16 - Три различных варианта использования волоконно-оптических усилителей: (а) линейный усилитель; (б) мощный усилитель (бустер) (в) предусилитель

На рисунке 16(б) показан мощный усилитель (бустер). При обычной конфигурации его помещают сразу за оптическим передатчиком, для увеличения мощности сигнала до уровня +15 - +20 дБм. Такие уровни сигнала необходимы либо для большой длины пролета, либо тогда, когда используется большое число пассивных элементов с существенным уровнем вносимых потерь, как например, в системах WDM.

Читайте также

Моделирование мобильных систем связи
При организации сети сотовой связи для определения оптимального места установки и числа базовых станций, а также для решения других задач необходимо уметь рассчитывать характеристики сиг ...

Разработка конструкции линейного коммутатора
Радиоэлектронная аппаратура (РЭА), в основу функционирования которой положены принципы электроники, строится на базе электронных компонентов различного назначения (микросхем, резисторов, ...

Проектирование радиоприемного устройства с учетом научно-технического прогресса
Радиоприемное устройство является частью системы передачи сообщений, использующей для этого энергию радиоволн. Оно предназначено для улавливания, преобразования и использования электрома ...