Оптические усилители произвели революцию в дальних волоконно-оптических коммуникациях
В ситуациях, когда основной проблемой являются потери, оптические усилители действительно могут использоваться для усиления сигналов без преобразования в электрическую область. Такие оптические усилители произвели настоящую революцию в дальних волоконно-оптических коммуникациях.
Целью оптического усилителя является восстановление уровня мощности сигнала, уменьшенного из-за потерь при распространении, без какого-либо преобразования оптического в электрическое. Большинство оптических усилителей усиливают падающий свет через стимулированное излучение, тот же механизм, который используется в лазерах, но без механизма обратной связи. Основным компонентом является оптическое усиление, реализуемое через накачку усилителя (электрическую или оптическую) для достижения инверсии населения. Вообще говоря, оптическое усиление является не только функцией частоты, но и функцией локальной интенсивности луча. На рисунке ниже показан принцип действия оптического усилителя.
По сравнению с электронными регенераторами оптические усилители не нуждаются в высокоскоростных электронных схемах, прозрачны для скорости передачи и форматирования и, что наиболее важно, могут одновременно усиливать несколько оптических сигналов на разных длинах волн. Таким образом, их развитие привело к огромному росту пропускной способности связи с использованием мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM), в котором множество длин волн, несущих независимые сигналы, распространяются через одно и то же одномодовое волокно, тем самым увеличивая пропускную способность линии. В отличие от электронных регенераторов, усилитель WDM не компенсирует накопленную в линии дисперсию, а также добавляет шум в оптический сигнал.
Оптические усилители оказывают большое влияние на оптоволоконные системы передачи. Они могут компенсировать потерю волоконно-оптических линий передачи, тем самым уменьшая количество электрических повторителей. Основным экономическим преимуществом является возможность одновременного усиления нескольких сигналов WDM. В линии дальней связи (показанной на рисунке ниже) оптические усилители, обозначенные сплошными треугольниками, используются в качестве усилительных усилителей на передатчике, линейных усилителей и предварительных усилителей на приемнике. Линейный усилитель называется ретранслятором 1R. Как правило, ретранслятор 1R устанавливается каждые 80-100 км в системах передачи на большие расстояния. EDFA чаще всего используется для усилителя в обычной полосе (C-band) спектральной области 1530-1565 нм. Это связано с тем, что переход из метастабильного состояния в основное состояние EDFA попадает в C-полосу. Нажмите для получения подробной информации о C-band EDFA . Каждый раз, когда сигнал проходит через оптический усилитель, накапливается шум усилителя, что приводит к ухудшению коэффициента шума сигнала (SNR). Следовательно, после нескольких проходов повторителей 1R оптический сигнал регенерируется электрическим повторителем 3R, который выполняет три функции: изменение формы, повторную настройку и регенерацию.
До настоящего времени было представлено несколько типов оптических усилителей: Полупроводниковый оптический усилитель (SOA), Рамановский волоконный усилитель (RFA), Усилитель на основе редкоземельных элементов (EDFA с добавлением эрбия, работающий при 1500 нм, и FDFA с добавкой празеодима, работающий при 1300 нм. ) и оптический параметрический усилитель (OPA). Основными амплифицирующими полосами EDFA являются C-полоса (1535-1565 нм) и L-полоса (1570-1610 нм); однако были сообщения о расширении рабочего диапазона EDFA до S-диапазона (1460-1530 нм). С другой стороны, RFA могут работать в любом диапазоне. Имеются SOA, способные работать в разных диапазонах. OPA используют нелинейность для усиления сигнала и могут работать в любом диапазоне.
Сегодня большинство волоконно-оптических систем связи используют EDFA из-за их преимуществ с точки зрения пропускной способности, высокой выходной мощности и шумовых характеристик. RFA и SOA также становятся важными во многих приложениях. Работа над OPA показала, что можно добиться широкополосного усиления с очень низким уровнем шума.
