1. ЖіктелуіFiberAкүшейткіштер
Оптикалық күшейткіштердің үш негізгі түрі бар:
(1) Жартылай өткізгішті оптикалық күшейткіш (SOA, жартылай өткізгіш оптикалық күшейткіш);
(2) Сирек жер элементтерімен легирленген оптикалық талшықты күшейткіштер (эрбий Эр, тулий Tm, празеодим Pr, рубидий Nd және т.б.), негізінен эрбий қосылған талшықты күшейткіштер (EDFA), сондай-ақ тулий қосылған талшықты күшейткіштер (TDFA) және празеодим қосылған талшықты күшейткіштер (PDFA) және т.б.
(3) Сызықты емес талшықты күшейткіштер, негізінен талшықты Raman күшейткіштері (FRA, Fiber Raman Amplifier). Осы оптикалық күшейткіштердің негізгі өнімділігін салыстыру кестеде көрсетілген
EDFA (Erbium қоспасы бар талшықты күшейткіш)
Көп деңгейлі лазерлік жүйені кварц талшығын сирек жер элементтерімен (мысалы, Nd, Er, Pr, Tm және т.б.) қоспалау арқылы құруға болады, ал кіріс сигналының жарығы сорғы жарығы әсерінен тікелей күшейтіледі. Тиісті кері байланыс бергеннен кейін талшықты лазер пайда болады. Nd-қоспаланған талшықты күшейткіштің жұмыс толқын ұзындығы 1060 нм және 1330 нм, және оны әзірлеу және қолдану талшықты-оптикалық байланыстың ең жақсы раковина портынан ауытқуына және басқа себептерге байланысты шектелген. EDFA және PDFA жұмыс толқын ұзындығы сәйкесінше оптикалық талшықты байланыстың ең төменгі жоғалту (1550 нм) және нөлдік дисперсиялық толқын ұзындығы (1300 нм) терезесінде, ал TDFA талшықты оптикалық байланыс жүйесінің қолданбалары үшін өте қолайлы S-диапазонында жұмыс істейді. . Әсіресе EDFA, ең жылдам даму практикалық болды.
ThePEDFA принципі
EDFA-ның негізгі құрылымы 1(а) суретте көрсетілген, ол негізінен белсенді ортадан тұрады (ұзындығы шамамен ондаған метр эрбий қосылған кремний талшығы, өзегі диаметрі 3-5 мкм және қоспалау концентрациясы (25) -1000)x10-6) , сорғы жарық көзі (990 немесе 1480нм LD), оптикалық қосқыш және оптикалық изолятор. Сигнал жарығы мен сорғы жарығы эрбиум талшығында бір бағытта (қосалқы айдау), қарама-қарсы бағытта (кері айдау) немесе екі бағытта да (екі бағытты айдау) таралуы мүмкін. Сигнал шамы мен сорғы жарығы эрбиум талшығына бір мезгілде енгізілгенде, сорғы жарығы әсерінен эрбиум иондары жоғары энергия деңгейіне қозғалады (сурет 1 (б), үш деңгейлі жүйе), және метатұрақты энергетикалық деңгейге дейін тез ыдырайды, ол түскен сигнал шамының әсерінен негізгі күйге оралғанда, сигнал күшейетіндей сигнал жарығына сәйкес фотондарды шығарады. 1 (c) суретте оның үлкен өткізу қабілеттілігі (20-40 нм-ге дейін) және сәйкесінше 1530 нм және 1550 нм-ге сәйкес келетін екі шыңы бар күшейтілген өздігінен сәулелену (ASE) спектрі берілген.
EDFA-ның негізгі артықшылықтары - жоғары күшейту, үлкен өткізу қабілеттілігі, жоғары шығу қуаты, жоғары сорғы тиімділігі, кірістірудегі аз шығын және поляризация күйіне сезімталдық.
2. Талшықты-оптикалық күшейткіштермен проблемалар
Оптикалық күшейткіштің (әсіресе EDFA) көптеген керемет артықшылықтары бар болса да, ол идеалды күшейткіш емес. Сигналдың SNR деңгейін төмендететін қосымша шудан басқа, басқа да кемшіліктер бар, мысалы:
- күшейткіш өткізу жолағындағы күшейту спектрінің біркелкі еместігі көп арналы күшейту өнімділігіне әсер етеді;
- Оптикалық күшейткіштер каскадты болған кезде ASE шуының, талшықтың дисперсиясының және сызықты емес әсерлердің әсерлері жинақталады.
Бұл мәселелер қолданбалы және жүйені жобалау кезінде ескерілуі керек.
3. Оптикалық талшықты байланыс жүйесінде оптикалық күшейткішті қолдану
Оптикалық талшықты байланыс жүйесіндеТалшықты-оптикалық күшейткіштарату қуатын арттыру үшін таратқыштың қуатты күшейткіш күшейткіші ретінде ғана емес, сонымен қатар қабылдау сезімталдығын жақсарту үшін қабылдағыштың алдын ала күшейткіші ретінде де қолдануға болады, сонымен қатар беруді ұзарту үшін дәстүрлі оптикалық-электрлік-оптикалық қайталағышты алмастыра алады. қашықтықта және толық оптикалық байланысты жүзеге асырады.
Оптикалық талшықты байланыс жүйелерінде тарату қашықтығын шектейтін негізгі факторлар оптикалық талшықтың жоғалуы және дисперсиясы болып табылады. Тар спектрлі жарық көзін пайдалану немесе нөлдік дисперсиялық толқын ұзындығына жақын жұмыс істеу, талшық дисперсиясының әсері аз. Бұл жүйе әрбір релелік станцияда сигнал уақытының толық регенерациясын (3R реле) орындауды қажет етпейді. Оптикалық сигналды оптикалық күшейткішпен (1R реле) тікелей күшейту жеткілікті. Оптикалық күшейткіштерді тек қалааралық магистральдық жүйелерде ғана емес, сонымен қатар оптикалық талшықты тарату желілерінде, әсіресе WDM жүйелерінде бір уақытта бірнеше арналарды күшейту үшін қолдануға болады.
1) Оптикалық күшейткіштерді магистральдық оптикалық талшықты байланыс жүйелерінде қолдану
2-суретте магистральдық оптикалық талшықты байланыс жүйесінде оптикалық күшейткішті қолдану схемасы берілген. (а) суретте оптикалық күшейткіш таратқыштың қуатты күшейткіш күшейткіші және қабылдағыштың алдын ала күшейткіші ретінде пайдаланылады, осылайша релелік емес қашықтық екі есе артады. Мысалы, EDFA қабылдау, жүйе беру 1,8 Гб/с қашықтығы 120 км-ден 250 км-ге дейін артады немесе тіпті 400 км-ге жетеді. 2 (b)-(d) суретте оптикалық күшейткіштердің көп релелік жүйелерде қолданылуы; (b) суреті дәстүрлі 3R реле режимі болып табылады; (в) суретте 3R қайталағыштары мен оптикалық күшейткіштердің аралас релелік режимі берілген; 2-сурет (d) Бұл толық оптикалық реле режимі; толық оптикалық байланыс жүйесінде ол уақыт пен регенерация схемаларын қамтымайды, сондықтан ол бит-мөлдір және «электрондық бөтелке сақинасы» шектеуі жоқ. Екі жақтағы жіберу және қабылдау жабдығы ауыстырылса, төмен жылдамдықтан жоғары жылдамдыққа дейін жаңарту оңай және оптикалық күшейткішті ауыстыру қажет емес.
2) Оптикалық талшықты тарату желісінде оптикалық күшейткішті қолдану
Оптикалық күшейткіштердің (әсіресе EDFA) жоғары қуатты шығыс артықшылықтары кең жолақты тарату желілерінде (мысалы,CATVжелілер). Дәстүрлі CATV желісі коаксиалды кабельді қабылдайды, оны бірнеше жүз метр сайын күшейту қажет, ал желінің қызмет көрсету радиусы шамамен 7 км құрайды. Оптикалық күшейткіштерді пайдаланатын оптикалық талшықты CATV желісі таратылған пайдаланушылардың санын айтарлықтай арттырып қана қоймай, желі жолын айтарлықтай кеңейте алады. Соңғы оқиғалар оптикалық талшықты/гибридті (HFC) тарату екеуінің де күшті жақтарын тартатынын және күшті бәсекеге қабілетті екенін көрсетті.
4-суретте теледидардың 35 арнасының AM-VSB модуляциясына арналған талшықты оптикалық тарату желісінің мысалы келтірілген. Таратқыштың жарық көзі толқын ұзындығы 1550 нм және шығыс қуаты 3,3 дБм болатын DFB-LD болып табылады. Қуатты тарату күшейткіші ретінде 4 деңгейлі EDFA пайдалану арқылы оның кіріс қуаты шамамен -6 дБм, ал шығыс қуаты шамамен 13 дБм болады. Оптикалық қабылдағыштың сезімталдығы -9,2d Bm. Таратудың 4 деңгейінен кейін пайдаланушылардың жалпы саны 4,2 миллионға жетті, ал желі жолы ондаған километрден асады. Сынақтың салмақты сигнал-шу қатынасы 45дБ-ден жоғары болды және EDFA CSO-ның төмендеуіне әкелмеді.
Жіберу уақыты: 23 сәуір-2023 ж