1. SınıflandırmaFiberAamplifikatörler
Üç ana tip optik amplifikatör vardır:
(1) Yarı İletken Optik Amplifikatör (SOA, Yarı İletken Optik Amplifikatör);
(2) Nadir toprak elementleriyle (erbiyum Er, tülyum Tm, praseodimyum Pr, rubidyum Nd, vb.) katkılanmış optik fiber amplifikatörler, esas olarak erbiyum katkılı fiber amplifikatörler (EDFA), ayrıca tulyum katkılı fiber amplifikatörler (TDFA) ve praseodimyum katkılı fiber amplifikatörler (PDFA) vb.
(3) Doğrusal olmayan fiber amplifikatörler, esas olarak fiber Raman amplifikatörleri (FRA, Fiber Raman Amplifikatörü). Bu optik amplifikatörlerin temel performans karşılaştırması tabloda gösterilmiştir.
EDFA (Erbiyum Katkılı Fiber Amplifikatör)
Kuvars elyafına nadir toprak elementleri (Nd, Er, Pr, Tm vb.) katılarak çok seviyeli bir lazer sistemi oluşturulabilir ve giriş sinyal ışığı doğrudan pompa ışığının etkisi altında yükseltilir. Uygun geri besleme sağlandıktan sonra bir fiber lazer oluşturulur. Nd katkılı fiber yükselticinin çalışma dalga boyu 1060 nm ve 1330 nm olup, fiber optik iletişimin en iyi alıcı portundan sapma ve diğer nedenlerden dolayı geliştirilmesi ve uygulanması sınırlıdır. EDFA ve PDFA'nın çalışma dalga boyları sırasıyla optik fiber iletişimin en düşük kayıp (1550 nm) ve sıfır dağılım dalga boyu (1300 nm) aralığındadır ve TDFA, optik fiber iletişim sistemi uygulamaları için çok uygun olan S bandında çalışır. Özellikle en hızlı geliştirilen EDFA pratik olmuştur.
ThePEDFA ilkesi
EDFA'nın temel yapısı Şekil 1(a)'da gösterilmiş olup, esas olarak aktif bir ortamdan (yaklaşık onlarca metre uzunluğunda, çekirdek çapı 3-5 mikron ve katkı konsantrasyonu (25-1000)x10-6) olan erbiyum katkılı silika elyaf), pompa ışık kaynağından (990 veya 1480 nm LD), optik bağlayıcıdan ve optik izolatörden oluşur. Sinyal ışığı ve pompa ışığı erbiyum elyafta aynı yönde (eş yönlü pompalama), zıt yönlerde (ters pompalama) veya her iki yönde (çift yönlü pompalama) yayılabilir. Sinyal ışığı ve pompa ışığı aynı anda erbiyum elyafına enjekte edildiğinde, erbiyum iyonları pompa ışığının etkisi altında yüksek bir enerji seviyesine uyarılır (Şekil 1 (b), üç seviyeli bir sistem) ve hızla metastabil enerji seviyesine düşer, olay sinyal ışığının etkisi altında temel duruma döndüğünde, sinyal ışığına karşılık gelen fotonlar yayar, böylece sinyal yükseltilir. Şekil 1 (c), büyük bir bant genişliğine (20-40 nm'ye kadar) ve sırasıyla 1530 nm ve 1550 nm'ye karşılık gelen iki tepe noktasına sahip yükseltilmiş kendiliğinden emisyon (ASE) spektrumudur.
EDFA'nın başlıca avantajları yüksek kazanç, geniş bant genişliği, yüksek çıkış gücü, yüksek pompa verimliliği, düşük ekleme kaybı ve polarizasyon durumuna duyarsızlıktır.
2. Fiber Optik Amplifikatörlerle İlgili Sorunlar
Optik amplifikatör (özellikle EDFA) birçok olağanüstü avantaja sahip olsa da ideal bir amplifikatör değildir. Sinyalin SNR'sini azaltan ek gürültüye ek olarak, aşağıdaki gibi başka eksiklikleri de vardır:
- Amplifikatör bant genişliği içindeki kazanç spektrumunun dengesizliği, çok kanallı amplifikasyon performansını etkiler;
- Optik amplifikatörler kademeli olarak bağlandığında ASE gürültüsü, fiber dağılımı ve doğrusal olmayan etkilerin etkileri birikecektir.
Uygulama ve sistem tasarımında bu hususların dikkate alınması gerekir.
3. Optik Fiber İletişim Sisteminde Optik Amplifikatörün Uygulaması
Optik fiber iletişim sisteminde,Fiber Optik Amplifikatörsadece vericinin iletim gücünü artırmak için bir güç yükseltici amplifikatör olarak değil, aynı zamanda alıcının alım hassasiyetini iyileştirmek için bir ön amplifikatör olarak da kullanılabilir ve ayrıca iletim mesafesini uzatmak ve tüm optik iletişimi gerçekleştirmek için geleneksel optik-elektrik-optik tekrarlayıcının yerini alabilir.
Optik fiber iletişim sistemlerinde, iletim mesafesini sınırlayan temel faktörler optik fiberin kaybı ve dağılmasıdır. Dar spektrumlu bir ışık kaynağı kullanıldığında veya sıfır dağılımlı dalga boyuna yakın çalışıldığında, fiber dağılımının etkisi küçüktür. Bu sistemin her röle istasyonunda tam sinyal zamanlaması rejenerasyonu (3R rölesi) yapması gerekmez. Optik sinyali doğrudan bir optik amplifikatör (1R rölesi) ile yükseltmek yeterlidir. Optik amplifikatörler, yalnızca uzun mesafeli ana hat sistemlerinde değil, aynı zamanda optik fiber dağıtım ağlarında, özellikle de WDM sistemlerinde, birden fazla kanalı aynı anda yükseltmek için kullanılabilir.
1) Gövde Optik Fiber İletişim Sistemlerinde Optik Amplifikatörlerin Uygulamaları
Şekil 2, optik amplifikatörün gövde optik fiber iletişim sistemindeki uygulamasının şematik diyagramıdır. (a) Şekil, optik amplifikatörün vericinin güç yükseltici amplifikatörü ve alıcının ön amplifikatörü olarak kullanıldığını ve böylece röle dışı mesafenin iki katına çıkarıldığını göstermektedir. Örneğin, EDFA'nın benimsenmesiyle, sistem iletimi 1,8 Gb/sn'lik mesafe 120 km'den 250 km'ye, hatta 400 km'ye kadar çıkar. Şekil 2 (b)-(d), çoklu röle sistemlerinde optik amplifikatörlerin uygulamasını göstermektedir; Şekil (b), geleneksel 3R röle modudur; Şekil (c), 3R tekrarlayıcıların ve optik amplifikatörlerin karışık röle modudur; Şekil 2 (d) Tamamen optik bir röle modudur; tamamen optik bir iletişim sisteminde, zamanlama ve rejenerasyon devreleri içermediğinden bit şeffaftır ve "elektronik şişe bıyığı" kısıtlaması yoktur. Her iki uçtaki gönderme ve alma ekipmanı değiştirildiği sürece, düşük bir hızdan yüksek bir hıza yükseltmek kolaydır ve optik amplifikatörün değiştirilmesi gerekmez.
2) Optik Fiber Dağıtım Ağında Optik Amplifikatörün Uygulaması
Optik amplifikatörlerin (özellikle EDFA) yüksek güç çıkışı avantajları, geniş bant dağıtım ağlarında (örneğin,Kablo TVAğlar). Geleneksel CATV şebekesi, her birkaç yüz metrede bir güçlendirilmesi gereken koaksiyel kablo kullanır ve şebekenin hizmet yarıçapı yaklaşık 7 km'dir. Optik amplifikatörler kullanan optik fiber CATV şebekesi, yalnızca dağıtılmış kullanıcı sayısını önemli ölçüde artırmakla kalmaz, aynı zamanda ağ yolunu da önemli ölçüde genişletebilir. Son gelişmeler, optik fiber/hibrit (HFC) dağıtımının her ikisinin de güçlü yönlerini bir araya getirdiğini ve güçlü bir rekabet gücüne sahip olduğunu göstermiştir.
Şekil 4, 35 kanallı televizyonun AM-VSB modülasyonu için bir optik fiber dağıtım ağı örneğidir. Vericinin ışık kaynağı, 1550 nm dalga boyuna ve 3,3 dBm çıkış gücüne sahip DFB-LD'dir. Güç dağıtım amplifikatörü olarak 4 seviyeli EDFA kullanıldığında, giriş gücü yaklaşık -6 dBm, çıkış gücü ise yaklaşık 13 dBm'dir. Optik alıcı hassasiyeti -9,2 dBm'dir. 4 seviyeli dağıtımın ardından toplam kullanıcı sayısı 4,2 milyona ulaşmış ve ağ yolu onlarca kilometreden uzun olmuştur. Testin ağırlıklı sinyal-gürültü oranı 45 dB'den yüksekti ve EDFA, CSO'da bir azalmaya neden olmadı.
Gönderim zamanı: 23 Nis 2023