Что такое оптический усилитель?

Оптический усилитель — это устройство, называемое повторителем, которое выполняет повторное усиление, когда оптический сигнал ослабляется при прохождении через оптоволокно в приложениях на большие расстояния. Хотя современные технологии устраняют необходимость в повторителях, вместо повторителей теперь используются оптические усилители. Оптический усилитель может усиливать оптический сигнал напрямую, без электрического и электрооптического преобразования. Первоначально доминирующим применением волоконно-оптических усилителей была волоконно-оптическая связь на большие расстояния, где сигналы необходимо периодически усиливать, с развитием оптических усилителей появляется все больше и больше типов на выбор для различных потребностей клиентов, даже некоторые высокомощные волоконно-оптические усилители теперь используются в лазерной обработке материалов.

Советы: Ретранслятор по сути является приемником и передатчиком, объединенными в одном корпусе. Приемник преобразует входящую оптическую энергию в электрическую. Электрический выход приемника управляет электрическим входом передатчика. Оптический выход передатчика представляет собой усиленную версию оптического входного сигнала плюс шум.

Типы оптических усилителей

Усилитель на легированном волокне (например, EDFA)

Первый — усилитель на легированном волокне. Вынужденное излучение в среде усиления усилителя вызывает усиление входящего света. Наиболее распространенная версия — усилитель на легированном волокне эрбия (EDFA). Усилитель EDFA обычно используется для очень длинных волоконных линий связи, таких как подводные кабели. Он использует волокно, обработанное или «легированное» эрбием, и оно используется в качестве среды усиления.

Лазеры накачки работают на длине волны ниже длин волн, которые должны быть усилены. Легированное волокно возбуждается лазерной накачкой. Когда оптические сигналы проходят через это легированное волокно, атомы эрбия передают свою энергию сигналу, тем самым увеличивая энергию или силу сигнала по мере его прохождения. При использовании этой техники сигнал обычно становится в 50 раз или на 17 дБ сильнее на выходе из EDFA, чем он был на входе. EDFA также можно использовать последовательно для дальнейшего увеличения усиления сигнала. Два усилителя EDFA, используемые последовательно, могут увеличить входной сигнал до 34 дБ.

Принцип: относительно мощный луч света смешивается с входным сигналом с помощью селективного по длине волны соединителя. Входной сигнал и возбуждающий свет должны иметь существенно разные длины волн. Смешанный свет направляется в секцию волокна с ионами эрбия, включенными в сердцевину. Этот мощный луч света возбуждает ионы эрбия до их более высокого энергетического состояния. Когда фотоны, принадлежащие сигналу на другой длине волны от света накачки, встречаются с возбужденными атомами эрбия, атомы эрбия отдают часть своей энергии сигналу и возвращаются в свое более низкоэнергетическое состояние. Важным моментом является то, что эрбий отдает свою энергию в виде дополнительных фотонов, которые находятся точно в той же фазе и направлении, что и усиливаемый сигнал. Таким образом, сигнал усиливается только вдоль направления своего движения. Это не является чем-то необычным — когда атом «генерирует», он всегда отдает свою энергию в том же направлении и фазе, что и входящий свет. Таким образом, вся дополнительная мощность сигнала направляется в том же режиме волокна, что и входящий сигнал. Обычно на выходе устанавливается изолятор, чтобы предотвратить отражения, возвращающиеся от присоединенного волокна. Такие отражения нарушают работу усилителя и в крайнем случае могут привести к тому, что усилитель станет лазером. Усилитель, легированный эрбием, является усилителем с высоким коэффициентом усиления.

Полупроводниковый оптический усилитель (SOA)

В усилителе SOA в качестве среды усиления используется полупроводник. Эти усилители имеют структуру, похожую на лазерные диоды Фабри–Перо, но с антиотражающими элементами на торцевых поверхностях. Последние разработки включают антиотражающие покрытия и наклонные волноводы и оконные области, которые могут снизить отражение на торцевых поверхностях до менее 0,001%. Поскольку это создает потерю мощности из полости, которая больше усиления, это не позволяет усилителю действовать как лазер.

Усилители SOA обычно изготавливаются из полупроводниковых соединений группы III-V, таких как GaAs/AlGaAs, InP/InGaAs, InP/InGaAsP и InP/InAlGaAs, хотя, возможно, могут использоваться любые полупроводники с прямой запрещенной зоной, такие как II-VI. Такие усилители часто используются в телекоммуникационных системах в виде компонентов с волоконно-оптическими выводами, работающих на длинах волн сигнала от 0,85 мкм до 1,6 мкм и генерирующих усиление до 30 дБ.

Высокая оптическая нелинейность делает усилители SOA привлекательными для всех видов оптической обработки сигналов, таких как полностью оптическое переключение и преобразование длины волны. Было проведено много исследований усилителей SOA как элементов для оптической обработки сигналов, преобразования длины волны, восстановления тактовой частоты, демультиплексирования сигналов и распознавания образов.

По сравнению с EDFA: Усилитель SOA имеет небольшой размер и электрически накачивается. Он может быть потенциально менее дорогим, чем EDFA, и может быть интегрирован с полупроводниковыми лазерами, модуляторами и т. д. Однако производительность все еще несопоставима с EDFA. SOA имеет более высокий уровень шума, более низкий коэффициент усиления, умеренную зависимость от поляризации и высокую нелинейность с быстрым временем переходного процесса. Главное преимущество SOA заключается в том, что могут быть выполнены все четыре типа нелинейных операций (модуляция перекрестного усиления, перекрестная фазовая модуляция, преобразование длины волны и четырехволновое смешение). Кроме того, SOA может работать с маломощным лазером. Это происходит из-за короткого наносекундного или менее времени жизни верхнего состояния, так что усиление быстро реагирует на изменения мощности накачки или сигнала, а изменения усиления также вызывают изменения фазы, которые могут искажать сигналы. Эта нелинейность представляет собой самую серьезную проблему для приложений оптической связи. Однако она обеспечивает возможность усиления в различных диапазонах длин волн от EDFA.

Рамановский усилитель (например, DRMA)

Волоконный рамановский усилитель Рассеивание входящего света фононами в решетке усиливающей среды производит фотоны, когерентные с входящими фотонами. Наиболее распространенная версия — распределенный многонасосный рамановский усилитель (DMRA). Однако, в отличие от усилителей EDFA, эта технология не использует легированное волокно, а только мощный накачивающий лазер. Лазер работает на длинах волн от 60 нм до 100 нм ниже желаемой длины волны сигнала. Энергия лазерного сигнала и фотоны передаваемого сигнала связаны, тем самым увеличивая силу сигнала. Главным преимуществом рамановского усиления является его способность обеспечивать распределенное усиление внутри передающего волокна, тем самым увеличивая длину промежутков между усилителем и местами регенерации.

Спектр рамановского усиления оптического волокна демонстрирует широкую непрерывную форму из-за аморфной природы материала. Пиковое значение коэффициента рамановского усиления обратно пропорционально длине волны накачки. Другими словами, форма рамановского усиления зависит от длины волны/частоты. В волоконном рамановском усилителе, когда сигнал и мощная накачка вводятся в волокно вместе, и сигнал находится в области рамановского усиления накачки, сигнал будет усиливаться.

Волоконно-оптический параметрический усилитель (FOPA)

Параметрический усилитель на основе оптоволокна в соответствии с четырехволновым смешением. В квантово-механических терминах FWM происходит, когда фотоны из одной или нескольких волн аннигилируют, и новые фотоны создаются на разных частотах, так что чистая энергия и импульс сохраняются во время параметрического взаимодействия. Мы можем видеть, что это полоса пропускания в несколько сотен нанометров с использованием кварцевых волокон и всего одного или двух насосов с мощностью порядка нескольких ватт. Произвольная центральная длина волны путем изменения длины волны нулевой дисперсии волокна. Легко получить большой коэффициент усиления (мощность накачки и длина волокна). Шум фазочувствительного FOPA может фактически приближаться к 0 дБ. Преобразование длины волны сопровождается спектральной инверсией. Это довольно важное преимущество. Параметрический усилитель на основе оптоволокна усиливает два фотона накачки, аннигилируя, чтобы произвести сигнальный фотон и холостой фотон. Сравнение других оптических усилителей показано на следующем рисунке.

Краткое содержание

У каждого метода усиления есть свои преимущества и недостатки. Не забывайте учитывать усиление, в котором используется усилитель. Например, если сигналу требуется усиление, но шум является проблемой, DMRA, скорее всего, будет лучшим выбором. Если сигнал необходимо усилить лишь на небольшую величину, SOA может быть лучшим выбором.

Все эти методы усиления имеют одно большое преимущество: оптические усилители будут усиливать все сигналы в волокне одновременно. Таким образом, можно одновременно усиливать несколько длин волн. Но важно помнить, что уровни мощности должны тщательно контролироваться, поскольку усилители могут насыщаться, что приведет к неправильной работе.

Решение FiberMart EDFA

EDFA имеет небольшой объем, низкое энергопотребление и прост в использовании. Более того, его удобно устанавливать во всех видах прикладных систем, таких как внутри рамы SDH, коробки машин CATV, рамы систем DWDM. Fiber-Mart.COM в основном поставляет оптические усилители EDFA, включая CATV EDFA, SDH EDFA и DWDM EDFA. Эти три версии по-разному используются в сетях CATV, SDH и DWDM.

EDFA кабельного телевидения

Усилитель CATV все больше привлекает внимание благодаря сосуществованию сетей CATV для гибридной волоконно-оптической и коаксиальной структуры различных систем, особенно централизованной системы front-end, световой волновой структуры «точка-многоточка» и магистральной системы передачи на большие расстояния. Для разработчиков CATV, как правило, древовидной распределительной сети, эффективность системы определяется стоимостью на одного пользователя. Поэтому использование CATV EDFA для улучшения оптической мощности может быть исходным передающим оборудованием на основе обслуживания большего количества пользователей, тем самым снижая стоимость единиц передатчика в милливаттах. Оптический усилитель CATV используется для увеличения выходной мощности передатчика и увеличения дальности передачи сигнала. Он широко применяется для телевизионных сигналов, цифрового видео, телефона и передачи данных на большие расстояния.

Компания Fiber-Mart поставляет оптические усилители CATV EDFA с высокой выходной мощностью и низким уровнем шума (как показано на рисунке справа) с диапазоном выходной мощности от 13 дБм до 23 дБм, отвечающие требованиям решения с высокой плотностью для крупномасштабного распределения широкополосных видеосигналов и сигналов данных CATV на приемники наложенного видео в системе FTTH/FTTP или PON.

Характеристики оптического усилителя CATV Fiber-Mart

• Низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления Входной и выходной оптический изолятор
• Гибкий интерфейс мониторинга
• Использование высококачественного лазерного диода накачки и оптического волокна, легированного эрбием
• Стандартная стойка, простая в установке и обслуживании
• Расширенный автоматический контроль мощности и температуры
• Схема управления обеспечивает выходную мощность 13-23 дБм, опциональный интерфейс связи RS232/RJ45
• Высокоэффективный импульсный источник питания с интерфейсом RS232/485 для удаленного мониторинга и управления

SDH-EDFA

Усилитель SDH — это устройство для усиления света и увеличения дальности передачи цифровых сетей при установке в выходном терминале цифровой сети. Он предназначен для приложений синхронной цифровой иерархии (SDH). (6 дБ усилитель SDH, как показано на следующем рисунке).

Компания Fiber-Mart поставляет выгодные и надежные оптические усилители SDH EDFA (включая EDFA-BA, EDFA-LA, EDFA-PA) для различных типов систем передачи SDH, которые также могут использоваться в городских вычислительных сетях (MAN), сетях передачи данных Gigabit Ethernet и сетях доступа.

• Низкий уровень шума, типичный показатель составляет менее 4,5 дБ. Монтаж в стойку высотой 1U, шириной 19 дюймов. Диапазон входной длины волны составляет от 1200 нм до 1650 нм.
• Поддерживает многорежимный входной сигнал
• Высокая стабильность и надежность с наработкой на отказ более 150000 часов
• Горячая замена для управления сетью и идеального управления сетью агента. Включает интерфейсы Ethernet, RS-485 и RS-232.
• Поддерживает управление сетью через Telnet и стандартный SNMP
• Выходная мощность регулируется с помощью панели или сетевого управления.
• Высокая точность АРУ/АРМ, точность составляет ±0,05 дБ
• Высокая точность схемы ATC и точность контроля температуры менее ±0,1℃
• Благодаря интеллектуальной системе контроля температуры потребление энергии и тепловое излучение снижаются на 30% по сравнению с обычными продуктами.
• OEM доступен, совместим с BellcoreGR-1312-CORE

DWDM-EDFA

Усилитель DWDM является ключевым компонентом в сети DWDM. Он использует регулировку мощности оптического контрольного канала и расширяет бюджет линии питания для систем связи DWDM на большие расстояния. Поскольку рабочая полоса пропускания EDFA составляет 30 нм, он может уменьшать масштаб множества оптических сигналов с различной длиной волны, и поэтому его очень удобно использовать в системах DWDM для компенсации различного оптического затухания.

С фильтром выравнивания усиления (GFF) EDFA обеспечивает постоянный плоский коэффициент усиления для многоканальных систем DWDM. DWDM EDFA работает в C-диапазоне (от 1528 до 1603 нм) или L-диапазоне (от 1570 до 1604 нм), объединяет электрический драйвер, дистанционное управление, контроль температуры и схемы сигнализации в небольшом корпусе. DWDM EDFA объединяет до трех лазеров накачки для соответствия различным уровням выходной мощности, требуемым системами DWDM, и защиты от сбоя накачки.

Fiber-Mart поставляет оптические усилители DWDM EDFA в различных каналах от 40 до 80. Эти усилители обеспечивают высокое оптическое усиление, низкий коэффициент шума и высокую оптическую мощность насыщения, которые полностью интегрируются с различными типами систем DWDM.

• Низкий уровень шума с типичным значением 4,5 дБ и высокая неравномерность с типичным значением 1 дБ. Охватывает весь C-диапазон и передает 40 или 80 каналов.
• Резервный модуль питания с возможностью горячей замены с напряжением 110/220 В переменного тока и 48 В постоянного тока, можно подключать смешанные модули
• Идеальные сетевые интерфейсы, включая порты Ethernet, RS-485 и RS-232
• Поддерживает управление сетью через Telnet и SNMP
• Усиление можно регулировать по сети и вручную
• Высокоточная схема АРУ ​​и АТК
• Высокая выходная мощность насыщения
• Гибкая механика и структура схемы (включая модуль, стойку 1U и структуры усилительных блоков)
• OEM доступен Совместим с Telecordia GR-1312-CORE

 

Рекомендуемые продукты

 

Волоконно-оптический кабель в бухтах OM3, OM4, плотный буфер, для внутреннего и наружного применения, LSZH, Figure8, ADSS волоконно-оптические кабели

Волоконно-оптический соединительный кабель 10G, одномодовый, многомодовый, бронированный, магистральные кабели MPO/MTP и пигтейлы

Волоконно-оптические трансиверы SFP, SFP+, XFP,XENPARK, DWDM,CWDM 40G QSFP+ и модули CFP