1. ЖіктелуіFиберAкүшейткіштер
Оптикалық күшейткіштердің үш негізгі түрі бар:
(1) Жартылай өткізгіш оптикалық күшейткіш (SOA, Жартылай өткізгіш оптикалық күшейткіш);
(2) Сирек кездесетін жер элементтерімен (эрбий Er, тулий Tm, празеодим Pr, рубидий Nd және т.б.) легирленген оптикалық талшықты күшейткіштер, негізінен эрбиймен легирленген талшықты күшейткіштер (EDFA), сондай-ақ тулиймен легирленген талшықты күшейткіштер (TDFA) және празеодиммен легирленген талшықты күшейткіштер (PDFA) және т.б.
(3) Сызықтық емес талшықты күшейткіштер, негізінен талшықты раман күшейткіштері (FRA, талшықты раман күшейткіші). Бұл оптикалық күшейткіштердің негізгі өнімділік салыстырмасы кестеде көрсетілген.
EDFA (Эрбий қосылған талшықты күшейткіш)
Көп деңгейлі лазерлік жүйені кварц талшығын сирек кездесетін жер элементтерімен (мысалы, Nd, Er, Pr, Tm және т.б.) легирлеу арқылы жасауға болады, ал кіріс сигналының жарығы сорғы жарығының әсерінен тікелей күшейтіледі. Тиісті кері байланысты бергеннен кейін талшықты лазер жасалады. Nd-легирленген талшықты күшейткіштің жұмыс толқын ұзындығы 1060 нм және 1330 нм құрайды, ал оны әзірлеу және қолдану талшықты-оптикалық байланыстың ең жақсы раковина портынан ауытқуына және басқа себептерге байланысты шектеулі. EDFA және PDFA жұмыс толқын ұзындықтары сәйкесінше талшықты-оптикалық байланыстың ең төменгі шығын (1550 нм) және нөлдік дисперсия толқын ұзындығы (1300 нм) аралығында болады, ал TDFA талшықты-оптикалық байланыс жүйелерін қолдану үшін өте қолайлы S-диапазонында жұмыс істейді. Әсіресе, ең жылдам әзірленген EDFA практикалық болды.
ThePEDFA қағидасы
EDFA-ның негізгі құрылымы 1(a)-суретте көрсетілген, ол негізінен белсенді ортадан (ұзындығы шамамен ондаған метр болатын эрбиймен легирленген кремний талшығы, өзегінің диаметрі 3-5 микрон және легирлеу концентрациясы (25-1000)x10-6), сорғы жарық көзінен (990 немесе 1480 нм LD), оптикалық муфтадан және оптикалық оқшаулағыштан тұрады. Сигнал жарығы мен сорғы жарығы эрбий талшығында бір бағытта (бір бағытты айдау), қарама-қарсы бағытта (кері айдау) немесе екі бағытта да (екі бағытты айдау) таралуы мүмкін. Сигнал жарығы мен сорғы жарығы эрбий талшығына бір уақытта енгізілгенде, эрбий иондары сорғы жарығының әсерінен жоғары энергия деңгейіне дейін қоздырылады (1(b)-сурет, үш деңгейлі жүйе) және метастабильді энергия деңгейіне тез ыдырайды, түскен сигнал жарығының әсерінен негізгі күйге оралғанда, ол сигнал жарығына сәйкес фотондарды шығарады, осылайша сигнал күшейтіледі. 1-сурет (c) - оның үлкен өткізу жолағы (20-40 нм дейін) және сәйкесінше 1530 нм және 1550 нм-ге сәйкес келетін екі шыңы бар күшейтілген өздігінен сәулелену (ASE) спектрі.
EDFA-ның негізгі артықшылықтары - жоғары күшейту, үлкен өткізу қабілеттілігі, жоғары шығыс қуаты, сорғының жоғары тиімділігі, төмен кірістіру шығыны және поляризация күйіне сезімталдықтың болмауы.
2. Талшықты-оптикалық күшейткіштермен байланысты мәселелер
Оптикалық күшейткіштің (әсіресе EDFA) көптеген артықшылықтары болғанымен, ол идеалды күшейткіш емес. Сигналдың SNR-ін азайтатын қосымша шуылдан басқа, басқа да кемшіліктері бар, мысалы:
- Күшейткіштің өткізу жолағының ішіндегі күшейту спектрінің біркелкі еместігі көп арналы күшейту өнімділігіне әсер етеді;
- Оптикалық күшейткіштер каскадталған кезде ASE шуы, талшықты дисперсия және сызықтық емес әсерлер жинақталады.
Бұл мәселелерді қолданбалы және жүйелік дизайнда ескеру қажет.
3. Оптикалық күшейткішті оптикалық талшықты байланыс жүйесінде қолдану
Оптикалық талшықты байланыс жүйесінде,Талшықты-оптикалық күшейткіштарату қуатын арттыру үшін таратқыштың қуат күшейткіші ретінде ғана емес, сонымен қатар қабылдау сезімталдығын жақсарту үшін қабылдағыштың алдын ала күшейткіші ретінде де пайдаланылуы мүмкін, сонымен қатар тарату қашықтығын ұзарту және толық оптикалық байланысты жүзеге асыру үшін дәстүрлі оптикалық-электрлік-оптикалық қайталағышты алмастыра алады.
Оптикалық талшықты байланыс жүйелерінде тарату қашықтығын шектейтін негізгі факторлар - оптикалық талшықтың жоғалуы және дисперсиясы. Тар спектрлі жарық көзін пайдалану немесе нөлдік дисперсиялық толқын ұзындығына жақын жұмыс істеу талшық дисперсиясының әсері аз. Бұл жүйе әрбір релелік станцияда сигнал уақытын толық қалпына келтіруді (3R реле) орындаудың қажеті жоқ. Оптикалық сигналды оптикалық күшейткішпен (1R реле) тікелей күшейту жеткілікті. Оптикалық күшейткіштерді тек ұзақ қашықтықтағы магистральдық жүйелерде ғана емес, сонымен қатар оптикалық талшықты тарату желілерінде, әсіресе WDM жүйелерінде, бір уақытта бірнеше арнаны күшейту үшін пайдалануға болады.
1) Магистральдық оптикалық талшықты байланыс жүйелерінде оптикалық күшейткіштерді қолдану
2-сурет магистральдық оптикалық талшықты байланыс жүйесінде оптикалық күшейткішті қолданудың схемалық диаграммасы болып табылады. (a) суретте оптикалық күшейткіш таратқыштың қуат күшейткіші және қабылдағыштың алдын ала күшейткіші ретінде пайдаланылатыны көрсетілген, осылайша релелік емес қашықтық екі еселенеді. Мысалы, EDFA-ны қабылдау, жүйенің берілісі 1,8 Гб/с қашықтық 120 км-ден 250 км-ге дейін немесе тіпті 400 км-ге дейін артады. 2-суреттің (b)-(d) бөлімінде оптикалық күшейткіштерді көп релелік жүйелерде қолдану көрсетілген; (b) суретте дәстүрлі 3R релелік режим көрсетілген; (c) суретте 3R қайталағыштары мен оптикалық күшейткіштердің аралас релелік режимі көрсетілген; 2-суреттің (d) бөлімінде бұл толық оптикалық релелік режим көрсетілген; толық оптикалық байланыс жүйесінде ол уақытты және регенерация тізбектерін қамтымайды, сондықтан ол бит мөлдір және «электрондық бөтелке мұртын» шектеусіз. Екі ұшындағы жіберу және қабылдау жабдықтары ауыстырылғанша, төмен жылдамдықтан жоғары жылдамдыққа жаңарту оңай, ал оптикалық күшейткішті ауыстырудың қажеті жоқ.
2) Оптикалық талшықты тарату желісінде оптикалық күшейткішті қолдану
Оптикалық күшейткіштердің (әсіресе EDFA) жоғары қуатты шығыс артықшылықтары кеңжолақты тарату желілерінде (мысалы,CATVЖелілер). Дәстүрлі CATV желісі коаксиалды кабельді қабылдайды, оны әр бірнеше жүз метр сайын күшейту қажет, ал желінің қызмет көрсету радиусы шамамен 7 км құрайды. Оптикалық күшейткіштерді пайдаланатын оптикалық талшықты CATV желісі таратылған пайдаланушылар санын айтарлықтай арттырып қана қоймай, сонымен қатар желі жолын айтарлықтай кеңейте алады. Соңғы жетістіктер оптикалық талшықты/гибридті (HFC) тарату екеуінің де күшті жақтарын пайдаланатынын және бәсекеге қабілеттілігі жоғары екенін көрсетті.
4-суретте теледидардың 35 арнасын AM-VSB модуляциялауға арналған оптикалық талшықты тарату желісінің мысалы келтірілген. Таратқыштың жарық көзі - толқын ұзындығы 1550 нм және шығыс қуаты 3,3 дБм болатын DFB-LD. Қуатты тарату күшейткіші ретінде 4 деңгейлі EDFA пайдаланылғанда, оның кіріс қуаты шамамен -6 дБм, ал шығыс қуаты шамамен 13 дБм құрайды. Оптикалық қабылдағыштың сезімталдығы -9,2 дБм. Таратудың 4 деңгейінен кейін пайдаланушылардың жалпы саны 4,2 миллионға жетті, ал желі жолы ондаған километрден асады. Сынақтың салмақталған сигнал-шуыл қатынасы 45 дБ-ден жоғары болды, ал EDFA CSO-ның төмендеуіне әкелмеді.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 23 сәуір