Comparação de diferentes tipos de amplificadores ópticos
O amplificador óptico é uma tecnologia importante para redes de comunicação óptica. Sem a necessidade de primeiro convertê-lo em sinal elétrico, os amplificadores ópticos são agora usados em vez de repetidores. Como sabemos, existem vários tipos de amplificadores ópticos. Entre eles, as principais tecnologias de amplificação são amplificador de fibra dopada (por exemplo, EDFA), amplificador óptico semicondutor (SOA) e amplificador de fibra Raman. Hoje, vamos estudar e comparar diferentes tipos de amplificadores ópticos neste artigo.
Antes da comparação dos diferentes tipos de amplificadores ópticos, vamos dar uma olhada mais de perto no amplificador de fibra óptica. Em geral, um repetidor inclui um receptor e um transmissor combinados em um pacote. O receptor converte a energia óptica de entrada em energia elétrica. A saída elétrica do receptor aciona a entrada elétrica do transmissor. A saída óptica do transmissor representa uma versão amplificada do sinal de entrada ótica mais ruído. Repetidores não funcionam para redes de fibra ótica, onde muitos transmissores enviam sinais para muitos receptores em diferentes taxas de bits e em diferentes formatos. No entanto, ao contrário de um repetidor, um amplificador óptico amplifica diretamente o sinal óptico sem a transformação óptica elétrica e elétrica. Além disso, um amplificador óptico ideal pode suportar a operação multicanal ao longo de uma banda de comprimentos de onda, fornecer ganho plano em uma ampla faixa de ganho dinâmico, ter alta potência de saída saturada, baixo ruído e supressão eficaz de transientes. Vários benefícios de amplificadores ópticos como os seguintes:
Suporta qualquer taxa de bit e formato de sinal
Suportar toda a região de comprimentos de onda
Aumentar a capacidade de links de fibra ótica usando o WDM
Fornecer a capacidade de redes totalmente ópticas, não apenas links ponto-a-ponto
OK, depois de uma breve introdução dos amplificadores ópticos, começamos formalmente o tópico principal de hoje. Como falamos acima, existem três tipos principais de tecnologia de amplificação de hoje. Cada um deles tem seu próprio princípio de funcionamento, recursos e aplicações. Vamos descrevê-los um por um nos parágrafos seguintes.
Amplificador de fibra dopada (O representante típico: EDFA)
O amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA) é o amplificador de fibra óptica mais amplamente utilizado, principalmente feito de fibra dopada com érbio (EDF), fonte de luz de bomba, acopladores ópticos, isoladores ópticos, filtros ópticos e outros componentes. Entre eles, uma impureza traço na forma de um íon de érbio trivalente é inserido no núcleo de sílica da fibra óptica para alterar suas propriedades ópticas e permitir a amplificação do sinal.
Princípio de trabalho
O princípio de funcionamento do EDFA é usar as fontes de luz da bomba, que na maioria das vezes tem um comprimento de onda em torno de 980 nm e às vezes em torno de 1450 nm, excita os íons érbio (Er3 +) no estado 4I13 / 2 (no caso de 980 nm). bombeamento via 4I11 / 2), de onde eles podem amplificar a luz na região de comprimento de onda de 1,5 μm via emissão estimulada de volta ao coletor de estado fundamental 4I15 / 2.
Vantagens e Desvantagens do EDFA
Vantagens
O EDFA tem alta utilização de energia da bomba (> 50%)
Diretamente e simultaneamente amplificar uma banda larga de comprimento de onda (> 80nm) na região de 1550nm, com um ganho relativamente plano
A planicidade pode ser melhorada por filtros ópticos de achatamento de ganho
Ganho em excesso de 50 dB
Figura de baixo ruído adequada para aplicações de longo curso
Desvantagens
O tamanho do EDFA não é pequeno
Não pode ser integrado com outros deviecs semicondutores
Amplificador óptico semicondutor (SOA)
O amplificador óptico semicondutor é um tipo de amplificador óptico que usa um semicondutor para fornecer o meio de ganho. Eles têm uma estrutura semelhante aos diodos de laser Fabry-Perot, mas com elementos de projeto anti-reflexo nas faces finais. Ao contrário de outros amplificadores ópticos, os SOAs são bombeados eletronicamente (ou seja, diretamente através de uma corrente aplicada) e não é necessário um laser de bomba separado.
Princípio de trabalho
Emissão 1.Stimulated para amplificar um sinal ótico.
2. região ativa do semicondutor.
Corrente 3.Injection para bombear elétrons na banda de condução.
4.O sinal de entrada estimula a transição de elétrons até a banda de valência para adquirir uma amplificação.
Vantagens e desvantagens do SOA
Vantagens
O amplificador óptico semicondutor é de tamanho pequeno e bombeado eletricamente.
Pode ser potencialmente menos dispendioso do que o EDFA e pode ser integrado com lasers de semicondutores, moduladores, etc.
Todos os quatro tipos de operações não-lineares (modulação de ganho cruzado, modulação de fase cruzada, conversão de comprimento de onda e mistura de quatro ondas) podem ser obtidos.
SOA pode ser executado com um laser de baixa potência. Isso se origina do curto tempo de vida do nanossegundo ou menos do estado superior, de modo que o ganho reaja rapidamente às mudanças da bomba ou da potência do sinal e as mudanças de ganho também causam mudanças de fase que podem distorcer os sinais.
Desvantagens
O desempenho do SOA ainda não é comparável ao EDFA. A SOA apresenta maior ruído, menor ganho, moderada dependência de polarização e alta não linearidade com tempo transitório rápido.
Amplificador de fibra Raman (FRA)
O Fiber Raman Amplifier (FRA) também é um amplificador óptico relativamente maduro. Em um FRA, o sinal óptico é amplificado devido ao espalhamento Raman estimulado (SRS). Em geral, a lata FRA é dividida em tipo lumped chamado LRA e tipo distribuído chamado DRA. O meio de ganho de fibra do primeiro é geralmente dentro de 10 km. Além disso, requer uma maior potência da bomba, geralmente em poucos a uma dúzia de watts, o que pode produzir 40 dB ou até mesmo ganhos. É usado principalmente para amplificar a banda de sinal óptico da qual a EDFA não pode satisfazer. O meio de ganho de fibra do DRA é geralmente maior que o LRA, geralmente por dezenas de quilômetros, enquanto a energia da fonte da bomba é reduzida a centenas de megawatts. Ele é usado principalmente no sistema de comunicação DWDM, auxiliando o EDFA para melhorar o desempenho do sistema, inibindo o efeito não linear, reduzindo a incidência de potência do sinal, melhorando a relação sinal-ruído e amplificando on-line.
Princípio de trabalho
O princípio do FRA é baseado no efeito de espalhamento Raman estimulado (SRS). O meio de ganho é fibra óptica não dopada. A energia é transferida para o sinal óptico por um processo óptico não linear conhecido como efeito Raman. Um fóton incidente excita um elétron para o estado virtual e a emissão estimulada ocorre quando o elétron desacelera até o estado vibracional da molécula de vidro. O deslocamento de Stokes correspondente à energia própria de um fônon é de aproximadamente 13,2 THz para todas as fibras ópticas.
Vantagens e desvantagens do FRA
Vantagens
Amplificação de comprimento de onda variável possível
Compatível com fibra SM instalada
Pode ser usado para estender os EDFAs
Pode resultar em uma potência média menor ao longo de um período, bom para crosstalk inferior
Operação muito banda larga pode ser possível
Desvantagens
Requisitos de alta potência da bomba, os lasers de alta potência da bomba só chegaram recentemente
Controle de ganho sofisticado necessário
O ruído também é um problema
Resumo
Depois de falar sobre esses três tipos de amplificadores ópticos, fazemos uma comparação deles como a tabela a seguir.
