光増幅器とは何ですか?

光増幅器は、長距離用途において光ファイバ中を伝搬する際に光信号が減衰する場合に、光信号を再増幅する中継器と呼ばれる装置です。現在利用可能な技術では中継器の必要性がなくなりましたが、現在では中継器の代わりに光増幅器が使用されています。光増幅器は、電気的および電気的な光変換を行わずに、光信号を直接増幅することができます。ファイバ増幅器の元々の主な用途は、信号を定期的に増幅する必要がある長距離の光ファイバ通信でしたが、光増幅器の開発により、顧客のさまざまなニーズに合わせて選択できるタイプがますます増えており、一部の高出力も含まれています。ファイバー増幅器は現在、レーザー材料の加工に使用されています。

ヒント: リピーターは基本的に、受信機と送信機が 1 つのパッケージに結合されたものです。受信機は、入ってくる光エネルギーを電気エネルギーに変換します。受信機の電気出力は、送信機の電気入力を駆動します。送信機の光出力は、光入力信号にノイズを加えたものを増幅したものになります。

光増幅器の主な種類

ドープファイバ増幅器（例：EDFA（エルビウムドープファイバ増幅器））半導体光増幅器（SOA）ファイバラマン増幅器（例：DRMA）ファイバ光パラメトリック増幅器（FOPA）

ドープされたファイバー増幅器 (例: EDFA)

1つ目はドープファイバーアンプです。増幅器の利得媒体における誘導放出により、入射光が増幅されます。最も一般的なバージョンはエルビウム添加ファイバー増幅器 (EDFA) です。 EDFA アンプは通常、海底ケーブルなどの非常に長いファイバーリンクに使用されます。エルビウムで処理または「ドープ」されたファイバーを使用し、これが増幅媒体として使用されます。

ポンプレーザーは、増幅される波長よりも低い波長で動作します。ドープされたファイバーはレーザーポンプでエネルギーを与えられます。光信号がこのドープされたファイバーを通過すると、エルビウム原子がそのエネルギーを信号に伝達し、それによって通過する信号のエネルギーまたは強度が増加します。この技術を使用すると、EDFA から出る信号は入力時よりも最大 50 倍または 17dB 強くなるのが一般的です。 EDFA を直列に使用して、信号のゲインをさらに高めることもできます。 2 つの EDFA アンプを直列に使用すると、入力信号が 34dB も増加する可能性があります。

原理: 比較的高出力の光ビームは、波長選択カプラーを使用して入力信号と混合されます。入力信号と励起光の波長は大きく異なる必要があります。混合された光は、コアに含まれるエルビウムイオンとともにファイバーのセクションに導かれます。この強力な光ビームは、エルビウムイオンをより高いエネルギー状態に励起します。ポンプ光とは異なる波長の信号に属する光子が励起されたエルビウム原子に出会うと、エルビウム原子はエネルギーの一部を信号に与え、より低いエネルギー状態に戻ります。重要な点は、エルビウムが、増幅される信号とまったく同じ位相および方向にある追加の光子の形でそのエネルギーを放出することです。したがって、信号は進行方向にのみ増幅されます。これは珍しいことではありません。原子が「発振」するとき、原子は常に入射光と同じ方向および位相でエネルギーを放出します。したがって、追加の信号パワーはすべて、入力信号と同じファイバモードで導かれます。通常、接続されたファイバからの反射を防ぐために出力にアイソレータが配置されます。このような反射は増幅器の動作を妨害し、極端な場合には増幅器がレーザーになる可能性があります。エルビウムドープアンプは高利得アンプです。

半導体光増幅器 (SOA)

SOA アンプは半導体を使用してゲイン媒体を提供します。これらの増幅器は、ファブリペローレーザーダイオードと同様の構造を持っていますが、端面に反射防止設計要素が付いています。最近の設計には、反射防止コーティング、傾斜した導波管および窓領域が含まれており、端面反射を 0.001% 未満に低減できます。これにより、利得よりも大きなキャビティからのパワー損失が発生するため、増幅器がレーザーとして動作できなくなります。

SOAアンプは通常、GaAs/AlGaAs、InP/InGaAs、InP/InGaAsP、InP/InAlGaAsなどのIII-V族化合物半導体で作られていますが、II-VI族などの直接バンドギャップ半導体を使用することも考えられます。このような増幅器は、ファイバーピグテール部品の形で通信システムでよく使用され、0.85 μm ～ 1.6 μm の信号波長で動作し、最大 30 dB の利得を生成します。

高い光非線形性により、SOA アンプは全光スイッチングや波長変換などのあらゆる光信号処理にとって魅力的になります。 SOA 増幅器は、光信号処理、波長変換、クロック回復、信号逆多重化、パターン認識の要素として多くの研究が行われてきました。

EDFA との比較: SOA アンプは小型で、電気的に励起されます。 EDFA よりも安価になる可能性があり、半導体レーザーや変調器などと統合することができます。ただし、性能は依然として EDFA に匹敵するものではありません。 SOA は、ノイズが高く、ゲインが低く、偏波依存性が中程度であり、過渡時間が速い高い非線形性を持っています。 SOA の主な利点は、4 種類の非線形操作 (相互利得変調、相互位相変調、波長変換、四光波混合) をすべて実行できることです。さらに、SOA は低出力レーザーでも実行できます。これは、上部状態の寿命がナノ秒以下であることに起因するため、ゲインはポンプまたは信号パワーの変化に急速に反応し、ゲインの変化により信号が歪む可能性のある位相変化も引き起こされます。この非線形性は、光通信アプリケーションにとって最も深刻な問題を引き起こします。ただし、EDFA とは異なる波長領域で利得が得られる可能性があります。

ラマン増幅器 (例: DRAMA)

ファイバーラマン増幅器は、利得媒体の格子内のフォノンによる入射光の散乱により、入射光子とコヒーレントな光子を生成します。最も一般的なバージョンは、分散型マルチポンプラマン増幅器 (DMRA) です。ただし、EDFA 増幅器とは異なり、この技術ではドープされたファイバーは使用されず、高出力ポンピングレーザーのみが使用されます。レーザーは、信号の必要な波長より 60nm ～ 100nm 低い波長で動作します。レーザー信号エネルギーと送信信号の光子が結合されることで、信号強度が増加します。ラマン増幅の主な利点は、伝送ファイバ内で分散増幅を実現できることであり、これにより増幅器と再生サイト間のスパンの長さが増加します。

光ファイバーのラマン利得スペクトルは、材料の非晶質の性質により、幅広い連続体の形状を示します。ラマン利得係数のピーク値はポンプ波長に反比例します。言い換えれば、ラマン利得の形状は波長/周波数に依存します。ファイバーラマン増幅器では、信号と高出力ポンプが一緒にファイバーに注入され、信号がポンプのラマン利得領域内にある場合、信号は増幅されます。
ラマン増幅器にはいくつかの基本的な利点があります。
ラマン利得はすべてのファイバに存在するため、終端からアップグレードするための費用対効果の高い手段が提供されます。利得は非共振です。これは、約 0.3 ～ 2 μm の範囲のファイバの透明領域全体にわたって利得が利用できることを意味します。利得スペクトルは、ポンプ波長を調整することによって調整できます。たとえば、複数のポンプラインを使用して光帯域幅を増やすことができ、ポンプの分布によってゲインの平坦性が決まります。これは帯域幅が 5 THz を超える比較的広帯域のアンプであり、利得は広い波長範囲にわたって適度に平坦です。

しかし、ラマン増幅器には次のような多くの課題があり、早期の採用が妨げられていました。
EDFA と比較すると、ラマン増幅器は信号パワーが低い場合のポンピング効率が比較的低くなります。欠点ではありますが、このポンプ効率の欠如により、ラマン増幅器のゲインクランプが容易になります。ラマン増幅器にはより長い利得ファイバーが必要です。ただし、この欠点は、利得と分散補償を単一のファイバ内で組み合わせることで軽減できます。ラマン増幅器の 3 番目の欠点は、応答時間が速いことです。これにより、以下でさらに説明するように、新たなノイズ源が発生します。 WDM 信号チャネルの増幅器には非線形ペナルティが懸念されます。

光ファイバーパラメトリックアンプ (FOPA)

四光波混合による光ファイバーパラメトリック増幅器。量子力学的用語では、FWM は、パラメトリック相互作用中に正味のエネルギーと運動量が保存されるように、1 つまたは複数の波からの光子が消滅し、異なる周波数で新しい光子が生成されるときに発生します。シリカファイバーと数ワット程度の電力を備えた 1 つまたは 2 つのポンプを使用するだけで、数百ナノメートルの帯域幅が得られることがわかります。ファイバの零分散波長を変更することで任意の中心波長を設定可能。大きな利得（励起パワーとファイバ長）が容易に得られます。位相敏感 FOPA のノイズは、実際には 0 dB に近づく可能性があります。波長変換にはスペクトル反転が伴います。これは非常に重要な利点です。光ファイバパラメトリック増幅器ゲインは、2 つのポンプ光子が自ら消滅して、シグナル光子とアイドラー光子を生成します。他の光アンプとの比較を次の図に示します。

まとめ

各増幅技術には長所と短所があります。アンプが使用されている増幅に留意してください。たとえば、信号に増幅が必要だがノイズが問題となる場合は、DMRA が最良の選択となる可能性が高くなります。信号を少量だけ増幅する必要がある場合は、SOA が最適である可能性があります。

これらの増幅方法にはいずれも 1 つの大きな利点があります。それは、光増幅器がファイバー上のすべての信号を同時に増幅することです。したがって、複数の波長を同時に増幅することが可能です。ただし、アンプが飽和して誤動作を引き起こす可能性があるため、電力レベルを注意深く監視する必要があることに留意することが重要です。ファイバーマート EDFA ソリューション

EDFA は体積が小さく、消費電力が低く、使いやすいです。さらに、SDHフレーム内部、CATVマシンボックス、DWDMシステムフレームなど、あらゆる種類のアプリケーションシステムをインストールするのに便利です。 Fiber-Mart.COM は主に CATV EDFA、SDH EDFA、DWDM EDFA などの EDFA 光アンプを提供しています。これら 3 つのバージョンは、CATV、SDH、および DWDM ネットワークでそれぞれ使用されます。

サット・エドファ

CATVアンプは、CATVネットワークとの共存により、特にフロントエンド集中型システム、ポイントツーマルチポイント光波構造、長距離基幹伝送システムなど、様々なシステムのファイバと同軸のハイブリッド構造が注目を集めています。 CATV 設計者にとって、最も一般的なのはツリー配信ネットワークであり、システムの効率はユーザーあたりのコストによって決まります。したがって、CATV EDFA を使用して光パワーを向上させると、より多くのユーザーへのサービスに基づいて本来の送信装置を使用でき、ミリワット単位の送信装置のコストを削減できます。 CATV光アンプは、送信機の出力パワーを高め、信号伝送距離を延長するために使用されます。テレビ信号、デジタルビデオ、電話、データ長距離伝送に広く適用されています。

Fiber-Mart は、ブロードバンド CATV の大規模配信向けの高密度ソリューションの要件を満たす、13dBm ～ 23dBm の範囲の出力パワーを備えた高出力パワーおよび低ノイズ CATV EDFA 光アンプ (右の図を参照) を提供します。ビデオおよびデータ信号を FTTH/FTTP または PON システムのビデオオーバーレイレシーバーに送信します。

Fiber-Mart CATV光アンプの特長

低雑音指数と高利得入出力光アイソレータ柔軟なモニタリングインターフェイス高品質ポンプレーザーダイオードとエルビウムドープ光ファイバを採用標準ラックで設置とメンテナンスが容易高度な自動パワー制御と自動温度性能を保証する制御回路 13- 23dBm 出力電力 RS232/RJ45 通信インターフェイスはオプション高効率スイッチ電源リモート監視および制御用の RS232/485 インターフェイスはオプション

サド・エドファ

SDHアンプは、デジタルネットワークの出力端子に設置することで光を増幅し、デジタルネットワークの伝送距離を延長するデバイスです。これは、同期デジタル階層 (SDH) アプリケーション向けに設計されています。 (次の図に示すように、6dB SDH アンプ)。
ファイバーマートブースター-edfa.jpg

Fiber-Mart は、さまざまな種類の SDH 伝送システム向けに収益性と信頼性の高い SDH EDFA 光アンプ (EDFA-BA、EDFA-LA、EDFA-PA を含む) を提供しており、メトロポリタンエリアネットワーク (MAN)、ギガビットイーサネットデータネットワークにも使用できます。、およびアクセスネットワーク。

Fiber-Mart SDH光アンプの特長

低い雑音指数と標準値は 4.5 dB 未満 1U 19 インチラックマウント幅入力波長範囲は 1200nm ～ 1650nm マルチモード信号入力をサポート MTBF 150000 時間以上の高い安定性と信頼性ネットワーク管理およびエージェント完璧なネットワークのためのホットスワップイーサネット、RS-485、RS-232 インターフェイスを含む Telnet および標準 SNMP ネットワーク管理をサポート出力電力はパネルまたはネットワーク管理によって調整可能高精度 AGC/APC および精度は ±0.05 dB 高精度 ATC 回路および温度制御精度は以下 ±0.1℃ インテリジェントな温度制御システムを搭載し、消費電力と熱放射を一般製品より30%削減します。OEMはBellcoreGR-1312-COREと互換性があります。

DWDM EDFA

DWDM アンプは、DWDM ネットワークの重要なコンポーネントです。光監視チャネルのパワー調整を使用し、長距離 DWDM 通信システムのパワーリンクバジェットを拡張します。 EDFA の動作帯域幅は 30nm であるため、複数の異なる波長の光信号をズームバックできるため、DWDM システムでさまざまな光減衰を補償するために非常に便利に使用できます。

ゲイン平坦化フィルタ (GFF) を使用すると、EDFA はマルチチャネル DWDM システムに一定のフラットゲインを提供します。 DWDM EDFA は C バンド (1528 ～ 1603nm) または L バンド (1570 ～ 1604nm) で動作し、電動ドライバー、リモコン、温度制御、アラーム回路をすべて小型パッケージに統合しています。 DWDM EDFA は、DWDM システムに必要なさまざまな出力パワーレベルを満たし、ポンプの故障を保護するために、最大 3 つのポンプレーザーを組み立てています。

Fiber-Mart は、40 ～ 80 チャネルのさまざまなチャネルで DWDM EDFA 光アンプを提供します。これらのアンプは、さまざまな種類の DWDM システムと完全に統合された、高い光利得、低い雑音指数、および高い飽和光パワーを提供します。

Fiber-Mart DWDM光アンプの特長

標準 4.5dB の低雑音指数と標準 1dB の高い平坦性 C バンド全体をカバーし、40 または 80 チャネルを伝送 110/220VAC および 48VDC の冗長ホットスワップ電源モジュールはプラグミックス可能イーサネット、RS-485、RS-485 を含む完璧なネットワークインターフェイス 232 ポート Telnet および SNMP ネットワーク管理をサポートネットワークおよび手動でゲインを調整可能高精度 AGC および ATC 回路高飽和出力電力柔軟な機構および回路構造 (モジュール、1U ラック、ゲインブロック構造を含む) OEM が利用可能 Telecordia GR- と互換性あり 1312-コア