УСИЛИТЕЛИ

EDFA-усилитель Рамановский усилитель

Усилитель — устройство, предназначенное для усиления входного сигнала,

увеличивающее амплитуду и ширину сигналов безискажения их первоначальной формы, способствует поддержанию мощности сигналов

на должном уровне при прохождении ими больших расстояний.

К сожалению, усилители не отличаются разборчивостью и наряду с сигналами

усиливают также шумы и искажения.

EDFA-усилители

EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier) — волоконно-оптический усилитель на оптическом волокне, легированном ионами эрбия*(20-100м). Лазер накачки необходим для увеличения амплитуды оптического сигнала, излучающий на длине волны 980

или 1480 нм. Применяется в волоконно-оптических линиях передачи для восстановления уровня оптического сигнала.

Рис. Схема волоконно-оптического усилителя

*Эрбий — это редкоземельный элемент, который в небольших количествах добавляется в центральную кремниевую жилу волоконно-оптического кабеля. Ионы эрбия усиливают сигналы, тем самым увеличивая расстояние, на которое они могут распространяться. Диапазон выхода оптического излучения эрбия от 1530 нм до 1560 нм.

Параметры, характеризующие EDFA

мощность насыщения Р (saturation output power) - определяет максимальную выходную мощность усилителя. Большее значение мощности позволяет

увеличивать расстояние безретрансляционного участка. Этот параметр

варьируется в зависимости от модели оптического усилителя. У мощных EDFA

он может превосходить 36 дБм (4Вт) .

коэффициент усиления G (gain) определяется из соотношения:

мощность усиленного спонтанного излучения ASE (amplified spontaneous emission). В отсутствии входного сигнала EDFA является источником

спонтанного излучения фотонов. Спонтанно образованные фотоны, распространяясь по волокну в активной зоне усилителя EDFA, тиражируются, в

результате чего создаются вторичные фотоны на той же длине волны, с той же фазой, поляризацией и направлением распространения. Результирующий спектр спонтанных фотонов называется усиленным спонтанным излучением. Его мощность нормируется в расчете на 1 Гц и имеет размерность Вт/Гц.

Шум-фактор NF (noise figure) определяется как отношение сигнал/шум на входе (SNRin) к отношению сигнал/шум на выходе (SNRout):

Разновидности усилителей EDFA

на кремниевой основе на фтор-цирконатной основе

Усилители на кремниевой основе

Усиление DWDM сигнала в усилителях на кремниевом волокне связано с одной технологической проблемой – нерегулярностью коэффициента усиления как функции длины волны.

Рис.Кривая выходной мощности при усилении 16-канального мультиплексного сигнала со скоростью на канал STM-16

Усилители на фтор-цирконатной основе

Фторосодержащее волокно способно поглотить больше эрбия, что и приводит к улучшению профиля в области 1530-1542 нм. Мультиплексированные каналы практически по всей полосе пропускания имеют близкие значения SNR. Это значительно упрощает процедуру оптического балансирования при воспроизведении сигналов, когда каналы добавляются или удаляются.

Рис.Кривая выхо цирконатной основе

НЕДОСТАТОК: У фтор-цирконатного усилителя EDFA выше (чем у кремниевого) уровень шума, что является следствием большей рабочей длины волны лазера

накачки 1480 нм.

Рамановские усилители

Принцип действия рамановских усилителей основан на эффекте Рамана, открытом индийским физиком сэром Чандрасекара Венката Раманом в 1928 году. Эффект Рамана

заключается в изменении наблюдаемой частоты света при его рассеянии в прозрачном материале.

При обычном рамановском рассеянии фотон с частотой fн при рассеянии на молекуле вещества отдает ей часть энергии и образует фотон с меньшей частотой fc. Если на частоте fc

передавать информацию, а мощность сигнала накачки на частоте fн сделать достаточно большой, то рамановское

рассеяние становится вынужденным. Рассеянные фотоны становятся когерентными, и обычное волокно превращается в распределенный усилитель с коэффициентом усиления, пропорциональным накачке (мощности сигнала).

Разновидности Рамановских

усилителей

распределенные в виде дискретных устройств

Распределенные усилители

характеризуются тем, что эффект усиления сигнала в них достигается путем использования определенных участков или всего оптического волокна, применяемого для передачи.

Выходная характеристика распределенного рамановского усилителя

зависит от свойств передающего волокна, таких как поглощение

сигнала накачки, эффективная площадь и рамановский коэффициент

усиления.

Рис. Схема распределенного рамановского усилителя

Распределенные Рамановские усилители могут классифицироваться на три подкатегории: