[ Список тем] страницы темы: [1] [2] [3] [4]

Оптические усилители.
Применение усилителей на активном оптическом волокне и их технические параметры.

В зависимости от применения, различают предварительные усилители, линейные усилители и усилители мощности, (рис.7).

Предварительные усилители (предусилители) устанавливаются непосредственно перед приемником регенератора и способствуют увеличению отношения сигнал/шум на выходе электронного каскада усиления в оптоэлектронном приемнике. Оптические предусилители часто используются в качестве замены сложных и обычно дорогих когерентных оптических приемников.

Линейные усилители устанавливаются в промежуточных точках протяженных линий связи между регенераторами или на выходе оптических разветвителей с целью компенсации ослабления сигнала, которое происходит из-за затухания в оптическом волокне или из-за разветвления в оптических разветвителях, ответвителях, мультиплексорах WDM. Линейные усилители заменяют оптоэлектронные повторители и регенераторы в тех случаях, когда нет необходимости в точном восстановлении сигнала.

Усилители мощности (бустеры) устанавливаются непосредственно после лазерных передатчиков и предназначены для дополнительного усиления сигнала до уровня, который не может быть достигнут на основе лазерного диода. Бустеры могут также устанавливаться перед оптическим разветвителем, например, при передаче нисходящего трафика в гибридных волоконно-коаксиальных системах кабельного телевидения.

Рис.7 Применение разных типов оптических усилителей

В таблице 2 указана степень значимости параметров EDFA в зависимости от типа усилителя.

* указан наиболее значимый параметр;

** нелинейность охватывает совокупность характеристик: зависимость G от Pin, поляризационную чувствительность, PMD усилителя, поперечные помехи между каналами

Ниже определяются ключевые параметры, характеризующие EDFA: мощность насыщения, коэффициент усиления, мощность усиленного спонтанного излучения и шум-фактор.

Мощность насыщения Poutsut (saturation output power) - определяет максимальную выходную мощность усилителя. Большее значение мощности позволяет увеличивать расстояние безретрансляционного участка. Этот параметр варьируется в зависимости от модели оптического усилителя. У мощных EDFA он может превосходить 36 дБм (4 Вт).

Коэффициент усиления G (gain) определяется из соотношения

Мощность усиленного спонтанного излучения ASE (amplified spontaneous emission). В отсутствии входного сигнала EDFA является источником спонтанного излучения фотонов. Спектр излучения зависит от формы энергетической зоны атомов эрбия и от статистического распределения заселенностей уровней зоны. Спонтанно образованные фотоны, распространяясь по волокну в активной зоне усилителя EDFA, тиражируются, в результате чего создаются вторичные фотоны на той же длине волны, с той же фазой, поляризацией и направлением распространения. Результирующий спектр спонтанных фотонов называется усиленным спонтанным излучением (рис.8). Его мощность нормируется в расчете на 1 Гц и имеет размерность Вт/Гц. Если на вход усилителя подается сигнал от лазера, то определенная доля энергетических переходов, ранее работавшая на усиленное спонтанное излучение, начинает происходить под действием сигнала от лазера, усиливая входной сигнал. Таким образом, происходит не только усиление полезного входного сигнала, но и ослабление ASE (рис.8). При подаче на вход мультиплексного сигнала происходит дальнейший отток мощности от ASE в пользу усиливаемых мультиплексных каналов. Обычно усилители работают в режиме насыщения по отношению к сигналу на выходе.

Рис.8. Выходной спектр EDFA, снятый спектральным анализом(ASE - спектральная плотность шума)

Мощность усиленного спонтанного излучения связана с коэффициентом усиления формулой:

где
h - постоянная планка, равная , – частота (Гц), соответствующая длине волны из диапазона 1530-1560 нм (, с – скорость света, равная м/с), nsp- коэффициент спонтанной эмиссии, – квантовая эффективность. В идеальном случае = n = 1 при G»1, отнесенная ко входу мощность усиленного спонтанного излучения идеального квантового усилителя ASEid/G просто равна , что при = 1550 нм составляет 1,28х 10-19 Вт/Гц в расчете на спектральную полосу 1 Гц. Размеру окна анализатора в 0,8 нм соответствует спектральное окно в 100 ГГц, что определяет приведенную к входу величину эффективной мощности усиленного спонтанного излучения ( Вт или -48,9 дБм).

Шум-фактор NF (noise figure) определяется как отношение сигнал/шум на входе (SNRin) к отношению сигнал/шум на выходе (SNRout):

Важно отметить, что мощность шума на входе является квантово-ограниченной минимальной величиной и определяется нулевыми флуктуациями вакуума Мощность шума на выходе состоит из суммы мощности усиленного спонтанного излучения и мощности шума нулевых флуктуаций вакуума, которые проходят через усилитель без изменения: . Если учесть, что PSout/PSin=G, то шум-фактор можно выразить через коэффициент усиления и мощность усиленного спонтанного излучения:

Часто при описании EDFA значение шум-фактора указывается в дБ: nf =101gNF. Минимальный шум-фактор равен 1 (0 дБ) и достигается при
nsp/ = 1 или при G = 1. Это означает, что усилитель вносит минимальный шум, равный шуму идеального оптического усилителя. На практике сразу на 3 дБ (101g2 ) необходимо увеличить nf, так как существует два направления поляризации (две моды), в связи с чем nsp=2, а типичные значения составляют 5,5 дБ.

Чем ближе к 1 значение шум-фактора, тем меньше дополнительный шум вносит усилитель.

Для примера в табл.3 приведены технические характеристики двух промышленных моделей оптических усилителей EDFA, выпускаемых институтом Радиоэлектроники РАН (г.Фрязино) совместно с зарубежными компаниями IPG Laser, IP Fibre Devices и IPC - группа IRE-POLUS.

1. Область применения ОУ.
2. Основные параметры, характеризующие EDFA.
3. Назовите модели EDFA и их основные характеристики.

---

[ Список тем] страницы темы: [1] [2] [3] [4]