What Is Optical Amplifier?

 

Ein optischer Verstärker ist ein Gerät, das als Repeater bezeichnet wird und die Neuverstärkung durchführt, wobei das optische Signal bei der Übertragung durch eine optische Faser bei Langstreckenanwendungen gedämpft wird. Während die heute verfügbare Technologie Repeater überflüssig macht, werden nun optische Verstärker anstelle von Repeatern verwendet. Ein optischer Verstärker kann optische Signale direkt ohne elektrische und elektrische optische Transformation verstärken. Die ursprünglich vorherrschende Anwendung von Glasfaserverstärkern war die Glasfaserkommunikation über große Entfernungen, wo Signale regelmäßig verstärkt werden müssen. Mit der Entwicklung optischer Verstärker stehen immer mehr Typen zur Auswahl, um den unterschiedlichen Anforderungen der Kunden gerecht zu werden, darunter auch einige Hochleistungsverstärker Faserverstärker werden heute in der Lasermaterialbearbeitung eingesetzt.

Tipps: Ein Repeater ist im Grunde eine Kombination aus Empfänger und Sender in einem Paket. Der Empfänger wandelt die eintreffende optische Energie in elektrische Energie um. Der elektrische Ausgang des Empfängers steuert den elektrischen Eingang des Senders. Der optische Ausgang des Senders stellt eine verstärkte Version des optischen Eingangssignals plus Rauschen dar.

Haupttypen optischer Verstärker

 

Dotierter Faserverstärker (z. B. EDFA)

 

Der erste ist der dotierte Faserverstärker. Die stimulierte Emission im Verstärkungsmedium des Verstärkers bewirkt eine Verstärkung des einfallenden Lichts. Die gebräuchlichste Version ist der Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFA). Der EDFA-Verstärker wird im Allgemeinen für sehr lange Glasfaserverbindungen wie Unterseekabel verwendet. Dabei wird eine mit Erbium behandelte oder „dotierte“ Faser verwendet, die als Verstärkungsmedium dient.

Die Pumplaser arbeiten bei Wellenlängen unterhalb der zu verstärkenden Wellenlängen. Die dotierte Faser wird mit der Laserpumpe angeregt. Während die optischen Signale durch diese dotierte Faser geleitet werden, übertragen die Erbiumatome ihre Energie auf das Signal und erhöhen dadurch die Energie oder Stärke des Signals beim Durchgang. Bei dieser Technik ist es üblich, dass das Signal beim Verlassen des EDFA bis zu 50-mal bzw. 17 dB stärker ist als beim Eintritt. EDFA kann auch in Reihe verwendet werden, um die Signalverstärkung weiter zu erhöhen. Zwei in Reihe geschaltete EDFA-Verstärker können das Eingangssignal um bis zu 34 dB erhöhen.

Prinzip: Ein Lichtstrahl relativ hoher Leistung wird mithilfe eines wellenlängenselektiven Kopplers mit dem Eingangssignal gemischt. Das Eingangssignal und das Anregungslicht müssen deutlich unterschiedliche Wellenlängen haben. Das gemischte Licht wird in einen Faserabschnitt geleitet, in dessen Kern Erbiumionen enthalten sind. Dieser leistungsstarke Lichtstrahl regt die Erbiumionen in ihren energiereicheren Zustand an. Wenn die zum Signal gehörenden Photonen einer anderen Wellenlänge als das Pumplicht auf die angeregten Erbiumatome treffen, geben die Erbiumatome einen Teil ihrer Energie an das Signal ab und kehren in ihren energieärmeren Zustand zurück. Ein wesentlicher Punkt ist, dass das Erbium seine Energie in Form zusätzlicher Photonen abgibt, die genau in der gleichen Phase und Richtung wie das zu verstärkende Signal sind. Das Signal wird also nur entlang seiner Ausbreitungsrichtung verstärkt. Das ist nicht ungewöhnlich – wenn ein Atom „lasert“, gibt es seine Energie immer in der gleichen Richtung und Phase wie das einfallende Licht ab. Somit wird die gesamte zusätzliche Signalleistung im gleichen Fasermodus wie das eingehende Signal geleitet. Normalerweise ist am Ausgang ein Isolator angebracht, um Reflexionen zu verhindern, die von der angeschlossenen Faser zurückkommen. Solche Reflexionen stören den Verstärkerbetrieb und können im Extremfall dazu führen, dass der Verstärker zu einem Laser wird. Der mit Erbium dotierte Verstärker ist ein Verstärker mit hoher Verstärkung.

Optischer Halbleiterverstärker (SOA)

 

Der SOA-Verstärker verwendet einen Halbleiter, um das Verstärkungsmedium bereitzustellen. Diese Verstärker haben einen ähnlichen Aufbau wie Fabry-Pérot-Laserdioden, verfügen jedoch über Antireflexions-Designelemente an den Endflächen. Neuere Designs umfassen Antireflexbeschichtungen sowie geneigte Wellenleiter- und Fensterbereiche, die die Endflächenreflexion auf weniger als 0,001 % reduzieren können. Da dies zu einem Leistungsverlust des Hohlraums führt, der größer ist als die Verstärkung, wird verhindert, dass der Verstärker als Laser fungiert.

SOA-Verstärker werden typischerweise aus Verbindungshalbleitern der Gruppe III–V wie GaAs/AlGaAs, InP/InGaAs, InP/InGaAsP und InP/InAlGaAs hergestellt, obwohl auch Halbleiter mit direkter Bandlücke wie II–VI denkbar sind. Solche Verstärker werden in Telekommunikationssystemen häufig in Form von Glasfaser-Pigtail-Komponenten eingesetzt, die bei Signalwellenlängen zwischen 0,85 µm und 1,6 µm arbeiten und Gewinne von bis zu 30 dB erzeugen.

Die hohe optische Nichtlinearität macht SOA-Verstärker für die gesamte optische Signalverarbeitung wie rein optisches Schalten und Wellenlängenumwandlung attraktiv. Es wurde viel über SOA-Verstärker als Elemente für die optische Signalverarbeitung, Wellenlängenumwandlung, Taktrückgewinnung, Signaldemultiplexierung und Mustererkennung geforscht.

Im Vergleich zu EDFA: Der SOA-Verstärker ist klein und elektrisch gepumpt. Es kann möglicherweise kostengünstiger sein als der EDFA und kann in Halbleiterlaser, Modulatoren usw. integriert werden. Die Leistung ist jedoch immer noch nicht mit dem EDFA vergleichbar. Der SOA weist ein höheres Rauschen, eine geringere Verstärkung, eine moderate Polarisationsabhängigkeit und eine hohe Nichtlinearität mit schneller Einschwingzeit auf. Der Hauptvorteil von SOA besteht darin, dass alle vier Arten nichtlinearer Operationen (Kreuzverstärkungsmodulation, Kreuzphasenmodulation, Wellenlängenumwandlung und Vierwellenmischung) durchgeführt werden können. Darüber hinaus kann SOA mit einem Laser geringer Leistung durchgeführt werden. Dies liegt an der kurzen Lebensdauer des oberen Zustands im Nanosekundenbereich oder weniger, sodass die Verstärkung schnell auf Änderungen der Pump- oder Signalleistung reagiert und die Änderungen der Verstärkung auch Phasenänderungen verursachen, die die Signale verzerren können. Diese Nichtlinearität stellt das schwerwiegendste Problem für optische Kommunikationsanwendungen dar. Es bietet jedoch die Möglichkeit einer Verstärkung in anderen Wellenlängenbereichen des EDFA.

Raman-Verstärker (z. B. DRAMA)

 

Die Streuung des einfallenden Lichts durch einen Faser-Raman-Verstärker mit Phononen im Gitter des Verstärkungsmediums erzeugt Photonen, die mit den einfallenden Photonen kohärent sind. Die gebräuchlichste Version ist der Distributed Multi-Pump Raman Amplifier (DMRA). Im Gegensatz zu EDFA-Verstärkern verwendet diese Technik jedoch keine dotierten Fasern, sondern nur einen Hochleistungspumplaser. Der Laser wird bei Wellenlängen betrieben, die 60 nm bis 100 nm unter der gewünschten Wellenlänge des Signals liegen. Die Energie des Lasersignals und die Photonen des gesendeten Signals werden gekoppelt, wodurch die Signalstärke erhöht wird. Der Hauptvorteil der Raman-Verstärkung besteht in ihrer Fähigkeit, eine verteilte Verstärkung innerhalb der Übertragungsfaser bereitzustellen und dadurch die Länge der Spannen zwischen Verstärker- und Regenerationsstandorten zu erhöhen.

Das Raman-Verstärkungsspektrum optischer Fasern weist aufgrund der amorphen Beschaffenheit des Materials breite Kontinuumsformen auf. Der Spitzenwert des Raman-Verstärkungskoeffizienten ist umgekehrt proportional zur Pumpwellenlänge. Mit anderen Worten: Die Form der Raman-Verstärkung ist wellenlängen-/frequenzabhängig. Wenn beim Faser-Raman-Verstärker das Signal und eine Hochleistungspumpe gemeinsam in eine Faser eingespeist werden und das Signal innerhalb des Raman-Verstärkungsbereichs der Pumpe liegt, wird das Signal verstärkt.
Raman-Verstärker haben einige grundlegende Vorteile:
Raman-Verstärkung ist in jeder Faser vorhanden, was eine kostengünstige Möglichkeit zur Aufrüstung von den Enden aus darstellt. Die Verstärkung ist nicht resonant, was bedeutet, dass die Verstärkung über den gesamten Transparenzbereich der Faser im Bereich von etwa 0,3 bis 2 μm verfügbar ist. Das Verstärkungsspektrum kann durch Anpassen der Pumpwellenlängen angepasst werden. Beispielsweise können mehrere Pumpleitungen verwendet werden, um die optische Bandbreite zu erhöhen, und die Pumpverteilung bestimmt die Ebenheit der Verstärkung. Es handelt sich um einen relativ breitbandigen Verstärker mit einer Bandbreite > 5 THz, und die Verstärkung ist über einen weiten Wellenlängenbereich einigermaßen flach.

Eine Reihe von Herausforderungen für Raman-Verstärker verhinderten jedoch ihre frühere Einführung:
Im Vergleich zu den EDFAs weisen Raman-Verstärker bei niedrigeren Signalleistungen eine relativ schlechte Pumpeffizienz auf. Dieser Mangel an Pumpeffizienz ist zwar ein Nachteil, erleichtert aber auch die Verstärkungsbegrenzung in Raman-Verstärkern. Raman-Verstärker erfordern eine längere Verstärkungsfaser. Dieser Nachteil kann jedoch durch die Kombination von Verstärkung und Dispersionskompensation in einer einzigen Faser gemildert werden. Ein dritter Nachteil von Raman-Verstärkern ist die schnelle Reaktionszeit, die zu neuen Rauschquellen führt, wie weiter unten näher erläutert wird. Es bestehen Bedenken hinsichtlich nichtlinearer Nachteile im Verstärker für die WDM-Signalkanäle.

Faseroptischer parametrischer Verstärker (FOPA)

 

Faseroptischer parametrischer Verstärker gemäß der Vierwellenmischung. In quantenmechanischer Hinsicht tritt FWM auf, wenn Photonen einer oder mehrerer Wellen vernichtet werden und neue Photonen mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt werden, sodass die Nettoenergie und der Impuls während der parametrischen Wechselwirkung erhalten bleiben. Wir können sehen, dass es sich um eine Bandbreite von mehreren hundert Nanometern handelt, indem wir Quarzfasern und nur ein oder zwei Pumpen mit einer Leistung in der Größenordnung von einigen Watt verwenden. Beliebige Mittenwellenlänge durch Änderung der Nulldispersionswellenlänge der Faser. Es ist einfach, eine große Verstärkung (Pumpleistung und Faserlänge) zu erzielen. Das Rauschen eines phasenempfindlichen FOPA kann tatsächlich 0 dB erreichen. Die Wellenlängenumwandlung geht mit einer spektralen Inversion einher. Das ist ein ganz wichtiger Vorteil. Der faseroptische parametrische Verstärker verstärkt zwei Pumpphotonen, die sich selbst vernichten, um ein Signalphoton und ein Leerlaufphoton zu erzeugen. Der Vergleich anderer optischer Verstärker ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Zusammenfassung

 

Jede Verstärkungstechnik hat Vor- und Nachteile. Denken Sie daran, die Verstärkung zu berücksichtigen, mit der der Verstärker verwendet wird. Wenn beispielsweise ein Signal verstärkt werden muss, aber Rauschen ein Problem darstellt, wäre ein DMRA höchstwahrscheinlich die beste Wahl. Wenn das Signal nur um einen kleinen Betrag verstärkt werden muss, ist SOA möglicherweise die beste Lösung.

Alle diese Verstärkungsmethoden haben einen großen Vorteil: Optische Verstärker verstärken alle Signale auf einer Faser gleichzeitig. Daher ist es möglich, mehrere Wellenlängen gleichzeitig zu verstärken. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass die Leistungspegel sorgfältig überwacht werden müssen, da die Verstärker in die Sättigung geraten und dadurch Fehlfunktionen verursachen können.

 

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Fibre-Mart EDFA-Lösung

 

EDFA hat ein kleines Volumen, einen geringen Stromverbrauch und ist einfach zu bedienen. Darüber hinaus ist es bequem, alle Arten von Anwendungssystemen zu installieren, z. B. einen SDH-Rahmen im Inneren, einen CATV-Maschinenkasten und einen DWDM-Systemrahmen. Fiber-Mart.COM bietet hauptsächlich optische EDFA-Verstärker an, darunter CATV EDFA, SDH EDFA und DWDM EDFA. Diese drei Versionen werden mehrfach in CATV-, SDH- und DWDM-Netzwerken verwendet.

 

satt edfa

CATV-Verstärker können durch die Koexistenz von CATV-Netzwerken für Hybridfaser- und Koax-Strukturen einer Vielzahl von Systemen, insbesondere des zentralisierten Front-End-Systems, der Punkt-zu-Mehrpunkt-Lichtwellenstruktur und des Fernübertragungssystems, zunehmend Aufmerksamkeit erregen. Für CATV-Entwickler ist es am häufigsten ein Baumverteilungsnetzwerk. Die Effizienz des Systems wird durch die Kosten pro Benutzer bestimmt. Daher kann die Verwendung von CATV EDFA zur Verbesserung der optischen Leistung die ursprüngliche Sendeausrüstung auf der Grundlage von Diensten für mehr Benutzer bereitstellen, wodurch die Kosten für die Sendeeinheiten im Milliwattbereich gesenkt werden. Der optische CATV-Verstärker wird verwendet, um die Ausgangsleistung des Senders zu erhöhen und die Signalübertragungsentfernung zu verlängern. Es wird häufig für TV-Signale, digitales Video, Telefon und Datenübertragung über große Entfernungen eingesetzt.

Fiber-Mart bietet optische EDFA-Verstärker mit hoher Ausgangsleistung und geringem Rauschen für CATV (wie in der rechten Abbildung dargestellt) mit einem Ausgangsleistungsbereich von 13 dBm bis 23 dBm, um die Anforderungen einer Lösung mit hoher Dichte für die großflächige Verteilung von Breitband-CATV zu erfüllen Video- und Datensignale an Video-Overlay-Empfänger in einem FTTH/FTTP- oder PON-System.

Merkmale des optischen CATV-Verstärkers von Fiber-Mart

Sadh Edfa

 

Der SDH-Verstärker ist ein Gerät zur Lichtverstärkung und Erweiterung der Übertragungsreichweite digitaler Netzwerke, wenn es im Ausgangsterminal des digitalen Netzwerks installiert wird. Es ist für SDH-Anwendungen (Synchronous Digital Hierarchy) konzipiert. (6dB SDH-Verstärker wie in der folgenden Abbildung dargestellt).

Fiber-Mart bietet profitable und zuverlässige optische SDH-EDFA-Verstärker (einschließlich EDFA-BA, EDFA-LA, EDFA-PA) für verschiedene Arten von SDH-Übertragungssystemen und sie können auch für Metropolitan Area Network (MAN) und Gigabit-Ethernet-Datennetzwerke verwendet werden und Zugangsnetzwerk.


Merkmale des optischen SDH-Verstärkers von Fiber-Mart

Niedriger Rauschwert und typisch weniger als 4,5 dB. 1 HE, 19 Zoll breit, für Rackmontage. Der Eingangswellenlängenbereich beträgt 1200 nm bis 1650 nm. Unterstützt den Multimode-Signaleingang. Hohe Stabilität und Zuverlässigkeit mit einer MTBF von mehr als 150.000 Stunden. Hot-Swap für Netzwerkmanagement und agentengenaues Netzwerk Management Beinhaltet Ethernet-, RS-485- und RS-232-Schnittstellen. Unterstützt Telnet- und Standard-SNMP-Netzwerkmanagement. Die Ausgangsleistung ist über das Panel oder das Netzwerkmanagement einstellbar. Hochpräzise AGC/APC und eine Genauigkeit von ±0,05 dB. Hochpräzise ATC-Schaltung und Temperaturregelungsgenauigkeit von weniger als ±0,1℃ Mit einem intelligenten Temperaturkontrollsystem, das den Stromverbrauch und die Wärmestrahlung um 30 % im Vergleich zu herkömmlichen OEM-Produkten reduziert, ist es kompatibel mit BellcoreGR-1312-CORE

DWDM EDFA

Der DWDM-Verstärker ist eine Schlüsselkomponente im DWDM-Netzwerk. Es nutzt eine Leistungsanpassung des optischen Überwachungskanals und erweitert das Leistungsverbindungsbudget für DWDM-Kommunikationssysteme über große Entfernungen. Da die Betriebsbandbreite des EDFA 30 nm beträgt, kann er mehrere optische Signale unterschiedlicher Wellenlänge zurückzoomen und kann daher sehr praktisch in DWDM-Systemen verwendet werden, um verschiedene optische Dämpfungen zu kompensieren.

Mit dem Gain Flattening Filter (GFF) bietet EDFA eine konstante flache Verstärkung für Mehrkanal-DWDM-Systeme. Der DWDM EDFA arbeitet im C-Band (1528 bis 1603 nm) oder L-Band (1570 bis 1604 nm) und integriert elektrischen Treiber, Fernbedienung, Temperaturregelung und Alarmschaltungen in einem kleinen Paket. Das DWDM EDFA hat bis zu drei Pumplaser zusammengestellt, um die unterschiedlichen Ausgangsleistungsniveaus zu erfüllen, die von DWDM-Systemen benötigt werden, und um den Pumpausfall zu schützen.

Fiber-Mart bietet optische DWDM-EDFA-Verstärker in verschiedenen Kanälen von 40 bis 80 Kanälen an. Diese Verstärker bieten eine hohe optische Verstärkung, ein niedriges Rauschmaß und eine hohe optische Sättigungsleistung, die vollständig in verschiedene Arten von DWDM-Systemen integriert sind.

Merkmale des optischen DWDM-Verstärkers von Fiber-Mart

Niedrige Rauschzahl mit typischen 4,5 dB und hohe Ebenheit mit typischen 1 dB. Deckt das gesamte C-Band ab und trägt 40 oder 80 Kanäle. Redundantes Hot-Swap-Stromversorgungsmodul mit 110/220 VAC und 48 VDC kann gemischt werden. Perfekte Netzwerkschnittstellen einschließlich Ethernet, RS-485 und RS-485. 232-Port Unterstützt Telnet- und SNMP-Netzwerkmanagement. Verstärkung kann über Netzwerk und manuell angepasst werden. Hochpräzise AGC- und ATC-Schaltung. Hohe Sättigungsausgangsleistung. Flexible Mechanik und Schaltungsstruktur (einschließlich Modul, 1U-Rack und Verstärkungsblockstrukturen). OEM ist verfügbar. Kompatibel mit Telecordia GR-. 1312-KERN

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