Пассивные оптические усилители: EDFA, SOA и RFA
Когда оптические сигналы проходят через оптическое волокно, они ослабляются. В применениях на большие расстояния сигнал ослабляется до точки, где требуется повторное усиление. Традиционно, устройство, обычно называемое повторителем, выполняло это повторное усиление.
Ретранслятор - это в основном приемник и передатчик, объединенные в одну упаковку Приемник преобразует поступающую оптическую энергию в электрическую энергию. Электрический выход приемника управляет электрическим входом передатчика. Оптический выход передатчика представляет собой усиленную версию оптического входного сигнала плюс шум.
Технология, доступная сегодня, устраняет необходимость в ретрансляторах. Пассивные оптические усилители теперь используются вместо повторителей. Пассивный оптический усилитель усиливает сигнал напрямую, без необходимости в оптическом и электрическом преобразованиях. Существует несколько различных оптических усилителей, с помощью которых можно пассивно усиливать оптический сигнал: волоконный усилитель на основе эрбия (EDFA), полупроводниковый оптический усилитель (SOA) и оптический усилитель комбинационного рассеяния (RFA), каждый из которых использует технику, называемую лазерной накачкой.
EDFA
Усилитель EDFA обычно используется для очень длинных оптоволоконных линий, таких как подводные кабели. EDFA используют волокно, которое было обработано или «легировано» эрбием, и это используется в качестве среды для амплификации. Лазеры накачки работают на длинах волн ниже длин волн, которые должны быть усилены. На легированное волокно подается лазерная накачка. Когда оптический сигнал проходит через это легированное волокно, атомы эрбия передают свою энергию сигналу, тем самым увеличивая энергию или силу сигнала при его прохождении. При использовании этой методики обычно сигнал остается в 50 раз или сильнее на 17 дБ, выходя из EDFA, чем при входе.
Вот пример EDFA. EDFA также могут быть использованы последовательно для дальнейшего увеличения усиления сигнала. Два последовательных EDFA могут увеличить входной сигнал на 34 дБ.
SOA
В усилителе SOA используется технология, аналогичная EDFA, но без легирования оптического волокна. В отличие от EDFA, который запитывается с помощью лазерной накачки, SOA запитывается электрическим током. В SOA используется оптический волновод и полупроводник с прямой запрещенной зоной, который в основном представляет собой лазер Фабри-Перо для подачи световой энергии в сигнал, как показано на рисунке ниже. Этот метод, однако, не обеспечивает такого высокого усиления, как EDFA. SOA обычно используются в коротких оптоволоконных линиях, таких как городские сети (MAN).
Одна проблема с SOA состоит в том, что усиление очень трудно контролировать. Используя полупроводниковую технику и волновод, сигнал может уменьшить усиление сигнала на другой длине волны. Это может привести к перекрестным помехам между каналами, позволяя сигналу на одной длине волны модулировать другой.
RFA
Усилитель RFA использует технику, называемую рамановским усилением, которая является методом, использующим лазеры накачки для передачи энергии сигналу для усиления. Однако, в отличие от EDFA, в этом методе не используется легированное волокно, а только мощный лазер накачки, как показано на рисунке ниже. Лазер работает на длинах волн от 60 нм до 100 нм ниже желаемой длины волны сигнала. Энергия лазерного сигнала и фотоны передаваемого сигнала связаны, что увеличивает силу сигнала. RFA не усиливают так сильно, как EDFA, но имеют преимущество в том, что они генерируют намного меньше шума. Посмотрите детали продукта здесь: Усилитель комбинационного рассеяния
Эти оптические усилители могут быть объединены, чтобы воспользоваться их характеристиками усиления. В некоторых случаях RFA и EDFA объединяются в волоконно-оптических линиях дальней связи для обеспечения высокого усиления и снижения уровня шума.
Таким образом, каждый метод усиления имеет свои преимущества и недостатки. Не забывайте учитывать усиление, в котором используется усилитель. Например, если сигнал требует усиления, но шум является проблемой, усилитель RFA, скорее всего, будет лучшим выбором. Если сигнал необходимо усилить лишь небольшим количеством, усилитель SOA может быть лучшим.
Все эти методы усиления имеют одно большое преимущество: оптические усилители будут усиливать все сигналы на волокне одновременно. Таким образом, можно одновременно усиливать несколько длин волн (например, DWDM EDFA - это тип усилителя WDM, используемый для усиления множества длин волн в системах DWDM). Но важно помнить, что уровни мощности должны тщательно контролироваться, поскольку усилители могут стать насыщенными, что приведет к неправильной работе.
