1. تصنيفFأيبرAmlifiers
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مكبرات الصوت البصرية:
(1) مكبر للصوت البصري أشباه الموصلات (SOA ، مكبر صوت بصري أشباه الموصلات) ؛
(2) مضخمات الألياف الضوئية مخدر بعناصر أرضية نادرة (Erbium ER ، Thulium TM ، Praseodymium PR ، Rubidium ND ، إلخ) ، وخاصة مضخمات الألياف المخبأة في الإربيوم (إيدا) ، وكذلك مكبرات الصوت الألياف المزخرفة بالثوليوم (TDFA) ومكبرات الصوت الألياف ذات الألياف المخدرة (PDFA) ، إلخ.
(3) مضخمات الألياف غير الخطية ، وخاصة مضخمات الألياف رامان (FRA ، مضخم الألياف رامان). تظهر مقارنة الأداء الرئيسية لهذه المضخمات البصرية في الجدول
edfa (erbium doped الألياف مكبر للصوت)
يمكن تشكيل نظام ليزر متعدد المستويات عن طريق نشر ألياف الكوارتز مع عناصر أرضية نادرة (مثل ND ، ER ، PR ، TM ، إلخ) ، ويتم تضخيم ضوء إشارة الدخل مباشرة تحت ضوء مضخة. بعد تقديم ملاحظات مناسبة ، يتم تشكيل ليزر الألياف. يبلغ الطول الموجي العام لمكبر مضخم الألياف ND-Doped 1060nm و 1330nm ، وتطويره وتطبيقه محدودون بسبب الانحراف عن أفضل منفذ للاتصالات البصرية الألياف وغيرها من الأسباب. الأطوال الموجية التشغيلية لـ EDFA و PDFA هي على التوالي في نافذة أدنى خسارة (1550 نانومتر) وطول موجة التشتت صفر (1300 نانومتر) من اتصالات الألياف البصرية ، ويعمل TDFA في النطاق S ، والذي يناسب جدًا لتطبيقات نظام اتصال الألياف البصرية. خاصة إيدا ، التطور الأكثر سرعة ، كان عمليًا.
الPRinciple of Edfa
يظهر الهيكل الأساسي لـ EDFA في الشكل 1 (أ) ، والذي يتكون بشكل أساسي من وسيط نشط (ألياف السيليكا المخدرة على الإربيوم على بعد عشرات الأمتار ، مع قطر أساسي من 3-5 ميكرون وتركيز المنشطات من (25-1000) x10-6) ، مصدر مصباح المضخة (990 أو 1480nm ld). يمكن أن ينتشر ضوء الإشارة ومضخة المضخة في نفس الاتجاه (ضخ الترميز) ، أو اتجاهات متعاكسة (ضخ عكسي) أو كلا الاتجاهين (ضخ ثنائي الاتجاه) في ألياف erbium. عندما يتم حقن ضوء الإشارة وضوء المضخة في ألياف erbium في نفس الوقت ، تكون أيونات erbium متحمسة لمستوى طاقة عالي تحت تأثير مضخة ضوء (الشكل 1 (ب) ، ونظام من ثلاثة مستويات) ، ويتحلل بسرعة إلى مستوى الطاقة القابلة للانتشار ، عندما يعود إلى حالة الأرض تحت عمل إشارة الحوادث ، يتوافق مع مصور الإشارة إلى ذلك. الشكل 1 (ج) هو طيف الانبعاث التلقائي (ASE) تضخيم مع عرض ترددي كبير (ما يصل إلى 20-40 نانومتر) وقمتين تقابل 1530nm و 1550nm على التوالي.
المزايا الرئيسية لـ EDFA هي مكاسب عالية ، وعرض النطاق الترددي الكبير ، وطاقة الناتج العالية ، وكفاءة المضخة العالية ، وفقدان الإدراج المنخفض ، وعدم الحساسية لحالة الاستقطاب.
2. مشاكل مضخمات الألياف الضوئية
على الرغم من أن مكبر الصوت البصري (وخاصة EDFA) لديه العديد من المزايا المتميزة ، إلا أنه ليس مكبر للصوت المثالي. بالإضافة إلى الضوضاء الإضافية التي تقلل من SNR للإشارة ، هناك بعض أوجه القصور الأخرى ، مثل:
- لا يؤثر عدم وجود طيف الكسب داخل عرض النطاق الترددي للمضخم على أداء التضخيم متعدد القنوات ؛
- عندما يتم متتالي مكبرات الصوت البصرية ، فإن آثار ضوضاء ASE ، وتشتت الألياف والتأثيرات غير الخطية سوف تتراكم.
يجب مراعاة هذه المشكلات في تصميم التطبيقات والنظام.
3. تطبيق مكبر للصوت البصري في نظام اتصال الألياف البصرية
في نظام الاتصالات الألياف الضوئية ،مضخم الألياف الضوئيةلا يمكن استخدامه ليس فقط كضخم دفعة الطاقة للمرسل لزيادة قوة الإرسال ، ولكن أيضًا كضخم مسبق للمستقبل لتحسين حساسية الاستلام ، ويمكن أيضًا استبدال المكرر التقليدي البصري والبصري ، لتوسيع مسافة النقل وإدراك الاتصالات الشاملة.
في أنظمة الاتصالات الألياف الضوئية ، فإن العوامل الرئيسية التي تحد من مسافة الإرسال هي فقدان وتشتت الألياف البصرية. باستخدام مصدر ضوء ضيق الطيف ، أو العمل بالقرب من الطول الموجي للتشتت الصفري ، يكون تأثير تشتت الألياف صغيرًا. لا يحتاج هذا النظام إلى تنفيذ تجديد توقيت الإشارة الكامل (ترحيل 3R) في كل محطة ترحيل. يكفي تضخيم الإشارة البصرية مباشرة مع مضخم بصري (ترحيل 1R). لا يمكن استخدام مكبرات الصوت البصرية ليس فقط في أنظمة الجذع لمسافات طويلة ولكن أيضًا في شبكات توزيع الألياف البصرية ، وخاصة في أنظمة WDM ، لتضخيم قنوات متعددة في وقت واحد.
1) تطبيق مكبرات الصوت البصرية في أنظمة الاتصالات الألياف البصرية الجذع
الشكل 2 هو رسم تخطيطي لتطبيق مكبر الصوت البصري في نظام الاتصالات الألياف الضوئية الجذع. (أ) تُظهر الصورة أن مكبر الصوت البصري يستخدم كضخم دفعة الطاقة للمرسل ومضخم المتلقي للمستقبل بحيث تتضاعف المسافة غير المتدلية. على سبيل المثال ، اعتماد EDFA ، ناقل الحركة النظام تزيد مسافة 1.8 جيجابايت/ثانية من 120 كم إلى 250 كم أو حتى تصل إلى 400 كم. الشكل 2 (ب)-(د) هو تطبيق مكبرات الصوت البصرية في أنظمة متعددة الطبقة ؛ الشكل (ب) هو وضع ترحيل 3R التقليدي ؛ الشكل (ج) هو وضع التتابع المختلط للرسائل 3R ومكبرات الصوت البصرية ؛ الشكل 2 (د) إنه وضع ترحيل كامل. في نظام الاتصالات البصرية ، لا يشمل دوائر التوقيت والتجديد ، لذلك فهو غير شفاف بعض الشيء ، ولا يوجد تقييد "Whysker". طالما تم استبدال المعدات الإرسال والاستقبال في كلا الطرفين ، فمن السهل الترقية من معدل منخفض إلى معدل مرتفع ، ولا يلزم استبدال مكبر الصوت البصري.
2) تطبيق مكبر للصوت البصري في شبكة توزيع الألياف البصرية
تعتبر مزايا إخراج الطاقة العالية للمكبرات الصوت البصرية (وخاصة EDFA) مفيدة للغاية في شبكات توزيع النطاق العريض (مثلCATVالشبكات). تعتمد شبكة CATV التقليدية كابل متحد المحور ، والذي يحتاج إلى تضخيم كل عدة مئات من الأمتار ، ونصف قطر الخدمة للشبكة حوالي 7 كيلومترات. لا يمكن لشبكة CATV الألياف الضوئية التي تستخدم مكبرات الصوت البصرية زيادة عدد المستخدمين الموزعة بشكل كبير ، ولكن أيضًا توسيع مسار الشبكة بشكل كبير. أظهرت التطورات الحديثة أن توزيع الألياف البصرية/الهجينة (HFC) يرسم نقاط قوة كليهما ولديه قدرة تنافسية قوية.
الشكل 4 هو مثال على شبكة توزيع الألياف الضوئية لتعديل AM-VSB من 35 قناة من التلفزيون. مصدر الضوء للمرسل هو DFB-LD بطول موجة قدره 1550 نانومتر وطاقة الإخراج 3.3dbm. باستخدام EDFA من 4 مستويات كضخم توزيع الطاقة ، تكون طاقة الإدخال الخاصة بها حوالي -6dbm ، وقوتها الإخراج حوالي 13 ديسيبل. حساسية المتلقي البصري -9.2d BM. بعد 4 مستويات من التوزيع ، وصل إجمالي عدد المستخدمين إلى 4.2 مليون ، ومسار الشبكة أكثر من عشرات الكيلومترات. كانت نسبة الإشارة إلى الضوضاء المرجحة للاختبار أكبر من 45 ديسيبل ، ولم تسبب EDFA انخفاضًا في منظمات المجتمع المدني.
وقت النشر: APR-23-2023