Farklı Optik Yükselteç Tiplerinin Karşılaştırılması
Optik amplifikatör, optik iletişim ağları için önemli bir teknolojidir. İlk önce elektrik sinyaline dönüştürmeye gerek kalmadan, optik amplifikatörler şimdi tekrarlayıcılar yerine kullanılmaktadır. Bildiğimiz gibi, birkaç çeşit optik yükselteç var. Bunlar arasında ana amplifikatör teknolojileri, Doped fiber amplifikatör (örn. EDFA), Semiconductor optik amplifikatör (SOA) ve Fiber Raman amplifikatörüdür. Bugün, bu yazıda farklı tipteki optik amplifikatörleri inceleyip karşılaştıracağız.
Farklı tipteki optik amplifikatörlerin karşılaştırılmasından önce, fiber optik amplifikatöre yakından bakalım. Genel olarak, bir tekrarlayıcı bir pakette birleştirilmiş bir alıcı ve verici içerir. Alıcı, gelen optik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Alıcının elektrik çıkışı, vericinin elektrik girişini çalıştırır. Vericinin optik çıkışı, optik giriş sinyalinin artı gürültüsünün yükseltilmiş bir versiyonunu temsil eder. Tekrarlayıcılar, birçok vericinin farklı alıcılara farklı bit hızlarında ve farklı formatlarda sinyal gönderdiği fiber-optik ağlar için çalışmaz. Bununla birlikte, bir tekrarlayıcıdan farklı olarak, bir optik amplifikatör, elektrik ve elektrik optik dönüşümü olmadan doğrudan optik sinyali yükseltir. Ek olarak, ideal bir optik amplifikatör mümkün olduğu kadar geniş bir dalga boyu bandından çok kanallı işlemi destekleyebilir, büyük bir dinamik kazanç aralığında düz kazanç sağlayabilir, yüksek doymuş bir çıkış gücüne, düşük gürültüye ve etkili geçici baskılamaya sahip olabilir. Optik amplifikatörlerin aşağıdaki gibi birkaç faydası:
Herhangi bir bit hızı ve sinyal formatını destekleyin
Tüm dalga boyları bölgesini destekleyin
WDM kullanarak fiber optik bağlantıların kapasitesini artırın
Sadece noktadan noktaya bağlantılar değil, tüm optik ağların yeteneğini sağlayın
Tamam, optik amplifikatörlerin kısa bir tanıtımından sonra, resmi olarak bugünün ana konusuna başlıyoruz. Yukarıda konuştuğumuz gibi, günümüz amplifikatör teknolojisinin üç ana türü vardır. Her birinin kendi çalışma prensibi, özellikleri ve uygulamaları vardır. Onları aşağıdaki paragraflarda birer birer tanımlayacağız.
Katkılı fiber amplifikatör (Tipik temsilci: EDFA)
Erbiyum katkılı fiber amplifikatör (EDFA), çoğunlukla Erbiyum katkılı fiberden (EDF), pompa ışık kaynağından, optik kuplörlerden, optik izolatörlerden, optik filtrelerden ve diğer bileşenlerden oluşan en yaygın kullanılan fiber optik amplifikatörlerdir. Bunların arasına, optik özelliklerini değiştirmek ve sinyal amplifikasyonuna izin vermek için optik lifin silika çekirdeğine üç değerlikli bir erbiyum iyonu şeklinde bir iz safsızlığı sokulur.
Çalışma prensibi
EDFA'nın çalışma prensibi, en sık 980 nm ve bazen 1450 nm civarında bir dalga boyuna sahip olan pompa ışık kaynaklarını kullanmaktır; erbium iyonlarını (Er3 +) 4I13 / 2 durumuna (980-nm durumunda) uyarır. 4 wav11 / 2) üzerinden pompalanırken, 1.5 wavm dalga boyu bölgesinde ışığı, zemin-durum manifoldu 4I15 / 2'ye geri uyarılan emisyon yoluyla yükseltebilirler.
EDFA'nın Avantajları ve Dezavantajları
Avantajları
EDFA yüksek pompa gücü kullanımına sahiptir (>% 50)
1550nm bölgesinde doğrudan ve aynı anda geniş bir dalga boyu bandını (> 80nm) yükseltmek, nispeten düz bir kazanç sağlamak
Düzlük, kazançlı düzleştirici optik filtreler ile geliştirilebilir
50 dB'den fazla kazanç
Uzun mesafeli uygulamalar için uygun düşük gürültü seviyesi
Dezavantajları
EDFA'nın boyutu küçük değil
Diğer yarı iletken sapmalarla entegre edilemez
Yarı iletken optik yükselteç (SOA)
Yarı iletken optik amplifikatör, kazanç ortamı sağlamak için yarı iletken kullanan bir tür optik amplifikatördür. Fabry-Perot lazer diyotlarına benzer bir yapıya sahiptir ancak uç yüzlerde yansıma önleyici tasarım öğeleri bulunur. Diğer optik amplifikatörlerin aksine, SOA'lar elektronik olarak pompalanır (yani doğrudan uygulanan bir akım aracılığıyla) ve ayrı bir pompa lazeri gerekli değildir.
Çalışma prensibi
1. Optik sinyali yükseltmek için uyarılmış emisyon.
2. Yarı iletkenlerin aktif bölgesi.
3. İletim bandında elektronları pompalamak için enjeksiyon akımı.
4. Giriş sinyali, bir amplifikasyon elde etmek için elektronların değerlik bandına geçişini stimüle eder.
SOA'nın Avantajları ve Dezavantajları
Avantajları
Yarı iletken optik amplifikatör küçük boyutludur ve elektrikle pompalanır.
EDFA'dan potansiyel olarak daha ucuz olabilir ve yarı iletken lazerler, modülatörler vb. İle entegre edilebilir.
Dört tür nonlineer işlem (çapraz kazanç modülasyonu, çapraz faz modülasyonu, dalga boyu dönüşümü ve dört dalga karışımı) uygulanabilir.
SOA düşük güçlü bir lazerle çalıştırılabilir. Bu, kısa nanosaniyeden veya daha az üst durum ömründen kaynaklanır, böylece kazanç, pompa veya sinyal gücündeki değişikliklere hızlı bir şekilde tepki verir ve kazanç değişiklikleri, sinyalleri bozabilecek faz değişikliklerine neden olur.
Dezavantajları
SOA'nın performansı hala EDFA ile karşılaştırılamaz. SOA, daha yüksek gürültü, daha düşük kazanç, orta kutuplaşma bağımlılığı ve hızlı geçici zamanda yüksek doğrusallıksızlığa sahiptir.
Fiber Raman yükselticisi (FRA)
Fiber Raman Amplifikatörü (FRA) ayrıca nispeten olgun bir optik amplifikatördür. Bir FRA'da, optik sinyal, uyarılmış Raman saçılması (SRS) nedeniyle yükseltilir. Genel olarak, FRA, LRA adı verilen toplu tipte ve DRA adı verilen dağıtılmış tipte bölünebilir. Birincinin elyaf kazanım ortamı genellikle 10 km mesafededir. Ek olarak, daha yüksek pompa gücü gerektirir, genellikle 40 dB ya da hatta fazla kazanç sağlayabilen birkaç ila bir düzine wattta. Esas olarak EDFA'nın tatmin edemediği optik sinyal bandını yükseltmek için kullanılır. DRA'nın elyaf kazanım ortamı, genellikle düzinelerce kilometre boyunca LRA'dan daha uzundur, pompa kaynak gücü ise yüzlerce megawatt'a düşmektedir. Esas olarak, sistemin performansını iyileştirmek, doğrusal olmayan etkiyi engellemek, sinyal gücü insidansını azaltmak, sinyali gürültü oranını iyileştirmek ve çevrimiçi büyütmek için EDFA'ya yardımcı DWDM iletişim sisteminde kullanılır.
Çalışma prensibi
FRA ilkesi, Uyarılmış Raman Saçılması (SRS) etkisine dayanır. Kazanç ortamı katlanmamış optik fiberdir. Güç, Raman etkisi olarak bilinen doğrusal olmayan bir optik işlemle optik sinyale aktarılır. Bir olay fotonu bir elektronu sanal duruma uyarır ve uyarılan emisyon, elektron cam molekülünün titreşim durumuna indirgendiğinde meydana gelir. Bir fononun öz-enerjisine tekabül eden Stokes kayması tüm optik fiberler için yaklaşık 13.2 THz'dir.
FRA'nın Avantajları ve Dezavantajları
Avantajları
Değişken dalga boyu büyütmesi mümkün
Kurulu SM fiber ile uyumlu
EDFA'ları uzatmak için kullanılabilir
Bir açıklıkta daha düşük ortalama bir güçle sonuçlanabilir, daha düşük çapraz konuşma için iyi
Çok geniş bant kullanımı mümkün olabilir
Dezavantajları
Yüksek pompa gücü gereksinimleri, yüksek pompa gücü lazerleri yeni yeni geldi
Gelişmiş kazanç kontrolü gerekli
Gürültü de bir konudur
özet
Bu üç tip optik amplifikatör hakkında konuştuktan sonra, aşağıdaki tablo olarak bunların bir karşılaştırmasını yaptık.
