광 증폭기란 무엇입니까?

 

광증폭기는 장거리 응용에서 광섬유를 통과할 때 광신호가 감쇠되는 것을 재증폭하는 중계기라 불리는 장치이다. 오늘날 사용 가능한 기술은 중계기의 필요성을 제거하지만 광 증폭기는 이제 중계기 대신 사용됩니다. 광증폭기는 전기적, 전기적 광변환 없이 광신호를 직접 증폭할 수 있다. 광섬유 증폭기의 원래 지배적 인 응용 프로그램은 광 증폭기의 개발과 함께 신호가 주기적으로 증폭되어야하는 장거리 광섬유 통신이었습니다. 파이버 증폭기는 이제 레이저 재료 가공에 사용됩니다.

팁: 리피터는 기본적으로 수신기와 송신기가 하나의 패키지에 결합된 것입니다. 수신기는 들어오는 광학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 수신기의 전기 출력은 송신기의 전기 입력을 구동합니다. 송신기의 광 출력은 광 입력 신호와 노이즈의 증폭된 버전을 나타냅니다.

광 증폭기의 주요 유형

 

도핑된 섬유 증폭기(예: EDFA)

 

첫 번째는 도핑된 섬유 증폭기입니다. 증폭기 이득 매질의 유도 방출은 들어오는 빛을 증폭시킵니다. 가장 일반적인 버전은 EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)입니다. EDFA 증폭기는 일반적으로 해저 케이블링과 같은 매우 긴 광섬유 링크에 사용됩니다. 에르븀으로 처리되거나 "도핑"된 섬유를 사용하며 이것이 증폭 매체로 사용됩니다.

펌프 레이저는 증폭될 파장보다 낮은 파장에서 작동합니다. 도핑된 섬유는 레이저 펌프로 활성화됩니다. 광학 신호가 이 도핑된 섬유를 통과할 때 에르븀 원자는 에너지를 신호로 전달하여 통과하는 신호의 에너지 또는 강도를 증가시킵니다. 이 기술을 사용하면 EDFA가 들어올 때보다 EDFA를 떠날 때 신호가 최대 50배 또는 17dB 더 강해지는 것이 일반적입니다. EDFA를 직렬로 사용하여 신호 이득을 더 높일 수도 있습니다. 직렬로 사용되는 두 개의 EDFA 증폭기는 입력 신호를 34dB만큼 증가시킬 수 있습니다.

원리: 상대적으로 높은 출력의 광선이 파장 선택 커플러를 사용하여 입력 신호와 혼합됩니다. 입력 신호와 여기광은 상당히 다른 파장에 있어야 합니다. 혼합된 빛은 코어에 포함된 에르븀 이온이 있는 섬유 섹션으로 유도됩니다. 이 고출력 광선은 에르븀 이온을 더 높은 에너지 상태로 여기시킵니다. 펌프 빛과 다른 파장에서 신호에 속하는 광자가 여기된 에르븀 원자를 만나면 에르븀 원자는 에너지의 일부를 신호에 포기하고 낮은 에너지 상태로 돌아갑니다. 중요한 점은 에르븀이 증폭되는 신호와 정확히 동일한 위상 및 방향에 있는 추가 광자의 형태로 에너지를 포기한다는 것입니다. 따라서 신호는 이동 방향으로만 증폭됩니다. 이것은 드문 일이 아닙니다. 원자가 "레이즈"할 때 항상 들어오는 빛과 같은 방향과 위상으로 에너지를 포기합니다. 따라서 모든 추가 신호 전력은 들어오는 신호와 동일한 파이버 모드로 안내됩니다. 일반적으로 부착된 파이버에서 반사가 반환되는 것을 방지하기 위해 출력에 아이솔레이터가 배치됩니다. 이러한 반사는 증폭기 작동을 방해하고 극단적인 경우 증폭기가 레이저가 될 수 있습니다. 에르븀 첨가 증폭기는 고이득 증폭기입니다.

 

반도체 광 증폭기(SOA)

 

SOA 증폭기는 이득 매질을 제공하기 위해 반도체를 사용합니다. 이 증폭기는 Fabry–Pérot 레이저 다이오드와 구조가 유사하지만 끝면에 무반사 설계 요소가 있습니다. 최근 설계에는 반사 방지 코팅, 기울어진 도파관 및 단면 반사를 0.001% 미만으로 줄일 수 있는 창 영역이 포함됩니다. 이것은 게인보다 더 큰 캐비티에서 전력 손실을 생성하므로 증폭기가 레이저로 작동하는 것을 방지합니다.

SOA 증폭기는 일반적으로 GaAs/AlGaAs, InP/InGaAs, InP/InGaAsP 및 InP/InAlGaAs와 같은 III-V족 화합물 반도체로 만들어지지만 II-VI와 같은 직접 밴드 갭 반도체도 사용할 수 있습니다. 이러한 증폭기는 0.85µm ~ 1.6µm 사이의 신호 파장에서 작동하고 최대 30dB의 이득을 생성하는 광섬유 피그테일 구성 요소의 형태로 통신 시스템에 자주 사용됩니다.

높은 광학적 비선형성으로 인해 SOA 증폭기는 전광 전환 및 파장 변환과 같은 모든 광 신호 처리에 적합합니다. 광 신호 처리, 파장 변환, 클록 복구, 신호 역다중화 및 패턴 인식을 위한 요소로서 SOA 증폭기에 대한 많은 연구가 있었습니다.

EDFA와 비교: SOA 증폭기는 크기가 작고 전기적으로 펌핑됩니다. 잠재적으로 EDFA보다 저렴할 수 있으며 반도체 레이저, 변조기 등과 통합할 수 있습니다. 그러나 성능은 여전히 EDFA와 비교할 수 없습니다. SOA는 더 높은 잡음, 더 낮은 이득, 중간 정도의 편파 의존성 및 빠른 과도 시간으로 높은 비선형성을 가집니다. SOA의 주요 장점은 네 가지 유형의 비선형 작업(교차 이득 변조, 교차 위상 변조, 파장 변환 및 4파 혼합)을 모두 수행할 수 있다는 것입니다. 또한 SOA는 저전력 레이저로 실행할 수 있습니다. 이는 짧은 나노초 이하의 상위 상태 수명에서 비롯되어 이득이 펌프 또는 신호 전력의 변화에 빠르게 반응하고 이득의 변화도 위상 변화를 일으켜 신호를 왜곡할 수 있습니다. 이 비선형성은 광통신 응용 분야에서 가장 심각한 문제를 나타냅니다. 그러나 EDFA와 다른 파장 영역에서 이득을 얻을 수 있는 가능성을 제공합니다.

라만 증폭기(예: DRAMA)

 

이득 매질의 격자에서 포논과 함께 들어오는 빛의 파이버 라만 증폭기 산란은 들어오는 광자와 일관된 광자를 생성합니다. 가장 일반적인 버전은 DMRA(Distributed Multi-pump Raman Amplifier)입니다. 그러나 EDFA 증폭기와 달리 이 기술은 도핑된 광섬유를 사용하지 않고 고출력 펌핑 레이저만 사용합니다. 레이저는 신호의 원하는 파장보다 낮은 60nm ~ 100nm의 파장에서 작동합니다. 레이저 신호 에너지와 전송된 신호의 광자가 결합되어 신호 강도가 증가합니다. 라만 증폭의 주요 이점은 전송 섬유 내에서 분산 증폭을 제공하여 증폭기와 재생 사이트 사이의 범위 길이를 증가시키는 기능입니다.

광섬유의 라만 이득 스펙트럼은 재료의 무정형 특성으로 인해 광범위한 연속체 모양을 나타냅니다. 라만 이득 계수의 피크 값은 펌프 파장에 반비례합니다. 즉, 라만 게인 모양은 파장/주파수에 따라 다릅니다. 파이버 라만 증폭기에서 신호와 고출력 펌프가 함께 파이버에 주입되고 신호가 펌프의 라만 이득 영역 내에 있으면 신호가 증폭됩니다.
라만 증폭기에는 몇 가지 근본적인 이점이 있습니다.
라만 게인은 모든 광섬유에 존재하며 이는 터미널 끝에서 업그레이드하는 비용 효율적인 수단을 제공합니다. 이득은 비공진이며, 이는 대략 0.3에서 2μm 범위의 섬유의 전체 투명도 영역에서 이득을 사용할 수 있음을 의미합니다. 게인 스펙트럼은 펌프 파장을 조정하여 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 광 대역폭을 늘리기 위해 여러 펌프 라인을 사용할 수 있으며 펌프 분포에 따라 게인 평탄도가 결정됩니다. 대역폭이 5THz보다 큰 비교적 광대역 증폭기이며 이득은 넓은 파장 범위에서 상당히 평평합니다.

그러나 라만 증폭기에 대한 여러 가지 문제로 인해 초기 채택이 막혔습니다.
EDFA에 비해 라만 증폭기는 낮은 신호 전력에서 펌핑 효율이 상대적으로 낮습니다. 단점이지만 이러한 펌프 효율 부족은 라만 증폭기에서 게인 클램핑을 더 쉽게 만듭니다. 라만 증폭기는 더 긴 이득 광섬유가 필요합니다. 그러나 이득과 분산 보상을 단일 광섬유에 결합하면 이러한 단점을 완화할 수 있습니다. 라만 증폭기의 세 번째 단점은 아래에서 자세히 설명하는 것처럼 새로운 잡음원을 발생시키는 빠른 응답 시간입니다. WDM 신호 채널에 대한 증폭기의 비선형 패널티에 대한 우려가 있습니다.

FOPA(광 섬유 파라메트릭 증폭기)

 

4파장 혼합에 따른 광섬유 파라메트릭 증폭기. 양자 역학 용어에서 FWM은 하나 이상의 파동에서 나온 광자가 소멸되고 새로운 광자가 서로 다른 주파수에서 생성되어 순 에너지와 모멘텀이 파라메트릭 상호 작용 중에 보존될 때 발생합니다. 우리는 실리카 섬유와 몇 와트 정도의 전력을 가진 한두 개의 펌프를 사용하여 수백 나노미터의 대역폭을 볼 수 있습니다. 광섬유의 영분산 파장을 변경하여 임의 중심 파장. 큰 이득(펌프 파워 및 섬유 길이)을 얻기 쉽습니다. 위상에 민감한 FOPA의 노이즈는 실제로 0dB에 근접할 수 있습니다. 파장 변환에는 스펙트럼 반전이 수반됩니다. 이것은 매우 중요한 이점입니다. 광섬유 파라메트릭 증폭기는 2개의 펌프 광자를 얻습니다. 신호 광자와 아이들러 광자를 생성하기 위해 소멸됩니다. 다음 그림과 같이 다른 광 증폭기의 비교.

 

요약

 

각 증폭 기술에는 장점과 단점이 있습니다. 증폭기가 사용되는 증폭을 염두에 두십시오. 예를 들어, 신호에 증폭이 필요하지만 노이즈가 문제인 경우 DMRA가 최선의 선택일 가능성이 큽니다. 신호가 소량만 증폭되어야 한다면 SOA가 가장 좋을 수 있습니다.

이러한 모든 증폭 방법에는 하나의 큰 장점이 있습니다. 광 증폭기는 광섬유의 모든 신호를 동시에 증폭합니다. 따라서 여러 파장을 동시에 증폭하는 것이 가능합니다. 그러나 증폭기가 포화되어 잘못된 작동을 유발할 수 있으므로 전력 수준을 주의 깊게 모니터링해야 한다는 점을 명심하는 것이 중요합니다.

 

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파이버마트 EDFA 솔루션

 

EDFA는 부피가 작고 전력 소비가 적으며 사용하기 쉽습니다. 또한 SDH 프레임 내부, CATV 기계 상자, DWDM 시스템 프레임과 같은 모든 종류의 응용 시스템을 설치하는 것이 편리합니다. Fiber-Mart.COM은 주로 CATV EDFA, SDH EDFA 및 DWDM EDFA를 포함한 EDFA 광 증폭기를 제공합니다. 이 세 가지 버전은 CATV, SDH 및 DWDM 네트워크에서 각각 사용됩니다.

 

사트 에드파

CATV 증폭기는 다양한 시스템, 특히 프론트엔드 중앙집중식 시스템, 점대다점 광파 구조 및 장거리 트렁크 전송 시스템의 하이브리드 광섬유 및 동축 구조를 위한 CATV 네트워크의 공존으로 점점 더 주목받을 수 있습니다. CATV 설계자에게 가장 일반적으로 트리 분배 네트워크의 경우 시스템의 효율성은 사용자당 비용에 의해 결정됩니다. 따라서 CATV EDFA를 사용하여 광출력을 개선하면 더 많은 사용자를 위한 서비스를 기반으로 원래의 송신 장비가 될 수 있으므로 송신기 단위의 비용을 밀리와트 단위로 줄일 수 있습니다. CATV 광 증폭기는 송신기의 출력 전력을 높이고 신호 전송 거리를 연장하는 데 사용됩니다. 그것은 TV 신호, 디지털 비디오, 전화 및 데이터 장거리 전송에 널리 적용됩니다.

Fiber-Mart는 광대역 CATV의 대규모 배포를 위한 고밀도 솔루션의 요구 사항을 충족하기 위해 13dBm ~ 23dBm의 출력 범위를 가진 고출력 및 저잡음 CATV EDFA 광 증폭기(오른쪽 그림 참조)를 제공합니다. FTTH/FTTP 또는 PON 시스템의 비디오 오버레이 수신기에 대한 비디오 및 데이터 신호.

Fiber-Mart CATV 광증폭기의 특징

사드 에드파

 

SDH Amplifier는 디지털 네트워크의 출력단에 설치하여 빛을 증폭하고 디지털 네트워크의 전송 거리를 확장하는 장치입니다. 동기식 디지털 계층 구조(SDH) 애플리케이션용으로 설계되었습니다. (다음 그림과 같이 6dB SDH 증폭기).
파이버마트 부스터-edfa.jpgFiber-Mart는 다양한 종류의 SDH 전송 시스템을 위한 수익성 있고 안정적인 SDH EDFA 광 증폭기(EDFA-BA, EDFA-LA, EDFA-PA 포함)를 제공하며 MAN(Metropolitan Area Network), Gigabit Ethernet Data Network에도 사용할 수 있습니다. , 액세스 네트워크.

 

DWDM EDFA

DWDM 증폭기는 DWDM 네트워크의 핵심 구성 요소입니다. 광 감시 채널 전력 조정을 사용하고 장거리 DWDM 통신 시스템의 전력 링크 예산을 확장합니다. EDFA의 작동 대역폭이 30nm이기 때문에 복수의 서로 다른 파장의 광신호를 줌백할 수 있어 DWDM 시스템에서 다양한 광 감쇠를 보상하기 위해 매우 편리하게 사용할 수 있습니다.

게인 평탄화 필터(GFF)를 통해 EDFA는 다중 채널 DWDM 시스템을 위한 일정한 평탄 이득을 제공합니다. DWDM EDFA는 C 대역(1528~1603nm) 또는 L 대역(1570~1604nm)에서 작동하며 전기 드라이버, 원격 제어, 온도 제어 및 경보 회로를 모두 작은 패키지에 통합합니다. DWDM EDFA는 DWDM 시스템에 필요한 다양한 출력 수준을 충족하고 펌프 고장을 방지하기 위해 최대 3개의 펌프 레이저를 조립했습니다.

Fiber-Mart는 40~80채널의 다양한 채널에서 DWDM EDFA 광 증폭기를 제공합니다. 이 증폭기는 다양한 종류의 DWDM 시스템과 완벽하게 통합되는 높은 광 이득, 낮은 잡음 지수 및 높은 포화 광 출력을 제공합니다.

Fiber-Mart DWDM 광 증폭기의 특징

일반적인 4.5dB의 낮은 노이즈 피겨 및 일반적인 1dB의 높은 평탄도 전체 C-대역을 커버하고 40 또는 80개 채널을 전달합니다. 232 포트 텔넷 및 SNMP 네트워크 관리 지원 네트워크 및 수동으로 게인 조정 가능 고정밀 AGC 및 ATC 회로 높은 포화 출력 전력 유연한 메커니즘 및 회로 구조(모듈, 1U 랙 및 게인 블록 구조 포함) OEM 가능 Telecordia GR- 호환 가능 1312-코어

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