Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

6. Специальные ОВ

6.2.4. Волоконно-оптические усилители

Одним из основных узлов современных ВОСПИ со спектральным уплотнением каналов (WDM или DWDM системы) является оптический усилитель. В настоящее время созданы три типа оптических усилителей: полупроводниковые, волоконные эрбиевые и рамановские (ВКР) усилители. Полупроводниковые усилители не нашли применения в ВОСПИ, поскольку физические особенности их функционирования приводят к неприемлемой величине перекрестных помех между каналами. Наиболее широкое применение получили эрбиевые волоконные усилители (EDFA – Erbium-Doped Fiber Amplifier), созданные на основе АкОВ, сердцевина которых легирована ионами эрбия. Главное их достоинство заключается в спектре люминесценции ионов эрбия, лежащем в области l ~ 1,54 мкм – области минимальных потерь кварцевых ОВ. Эрбиевые усилители обеспечивают усиление оптических сигналов без их преобразования в электрические сигналы и обратно, при этом они обладают низким уровнем шумов. В таблице 6.4 указаны основные характеристики эрбиевых усилителей и обычные значения этих характеристик.

Таблица 6.4 Характеристики эрбиевых усилителей

Наименование характеристики

Типичное значение

Коэффициент линейного усиления, дБ

Мощность насыщения, Вт

Спектральная полоса усиления, нм

Рабочая длина волны, мкм

Эффективность оптического преобразования, %

30…40

0,5

30…40

1,53…1,57

50…60

Указанные характеристики определяются параметрами АкОВ и оптической схемой (топологией) усилителя. Оптическая накачка осуществляется, как правило, полупроводниковыми лазерами в эффективные полосы поглощения ионов эрбия – 0,98 и 1,48 мкм. Современные эрбиевые усилители обеспечивают усиление модулированных оптических сигналов в полосе до 40 ГГц.

На рис. 6.28 приведена схема простейшего эрбиевого усилителя. Усилитель состоит из отрезка АкОВ, легированного эрбием. В таком волокне сигналы определенных длин волн усиливаются за счет энергии внешнего излучения накачки. Отличительной особенностью волоконно-оптического усилителя от лазера является отсутствие обратной связи (резонатора). Излучение вводится в ОВ с помощью направленного соединителя, конструкция которого будут рассматриваться в гл. 9. Усилитель содержит также оптические изоляторы, предотвращающие распространение света в обратном направлении.

Рис. 6.28. Схема оптического усилителя: 1 – ввод излучения, 2 - оптический изолятор, 3 - АкОВ, легированное эрбием, 4 – сварное соединение, 5 – соединитель, 6 – лазер накачки, 7 – выход излучения

Для многоканальных волоконно-оптических систем со спектральным мультиплексированием очень важным является спектральная полоса усиления и ее равномерность (плоскостность), что позволяет одинаково усиливать все каналы, лежащие в спектральной полосе. На рис. 6.29 приведена зависимость коэффициента усиления эрбиевого усилителя от длины волны. Видно, что в диапазоне 1530…1560 нм спектральная плотность почти постоянна. В полосу 30…40 нм умещается несколько десятков каналов DWDM.

Рис. 6.29. Зависимость коэффициента усиления EDFA от длины волны

Эбиевые усилители полностью "прозрачны" – не зависят от используемых протоколов, форматов, скорости передачи и длины волны оптического сигнала. Поэтому их можно подключать непосредственно к различному оборудованию – коммутаторам АТМ или компонентам протокола IP – не опасаясь, что они помешают друг другу. Сети с эрбиевыми усилителями имеют многочисленные преимущества. Пропускную способность таких сетей можно наращивать экономично и постепенно, добавляя новые каналы по мере роста потребности. Применение данных усилителей позволяет создавать полностью оптические сети, в которых обработка сигнала электронными компонентами происходит только в начальной (где информация впервые попадает в сеть) и конечной (где информация достигает конечного получателя) точках сети. Оптические усилители успешно используются в сетях кабельного телевидения CATV, когда один общий сигнал передается большому числу абонентов ("широковещание").



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.