1. SınıflandırmaFiberAyükselticiler
Optik yükselticilerin üç ana türü vardır:
(1) Yarı İletken Optik Amplifikatör (SOA, Yarı İletken Optik Amplifikatör);
(2) Nadir toprak elementleriyle (erbiyum Er, tulyum Tm, praseodimyum Pr, rubidyum Nd, vb.) katkılanmış optik fiber amplifikatörler, özellikle 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)
Nadir toprak elementleri (Nd, Er, Pr, Tm vb.) ile kuvars fiberin katkılanmasıyla çok seviyeli bir lazer sistemi oluşturulabilir ve giriş sinyal ışığı, pompa ışığının etkisi altında doğrudan yükseltilir. Uygun geri besleme sağlandıktan sonra bir fiber lazer oluşturulur. Nd katkılı fiber yükselticinin çalışma dalga boyu 1060nm ve 1330nm'dir ve fiber optik iletişimin en iyi alıcı portundan sapma ve diğer nedenlerden dolayı gelişimi ve uygulaması sınırlıdır. EDFA ve PDFA'nın çalışma dalga boyları sırasıyla optik fiber iletişimin en düşük kayıp (1550nm) ve sıfır dağılım dalga boyu (1300nm) aralığındadır ve TDFA, optik fiber iletişim sistemi uygulamaları için çok uygun olan S bandında çalışır. Özellikle en hızlı gelişen EDFA, pratik hale gelmiştir.
OPEDFA ilkesi
EDFA'nın temel yapısı Şekil 1(a)'da gösterilmiştir ve esas olarak aktif bir ortamdan (yaklaşık onlarca metre uzunluğunda, 3-5 mikron çekirdek çapına ve (25-1000)x10-6 doping konsantrasyonuna sahip erbiyum katkılı silika fiber), pompa ışık kaynağından (990 veya 1480 nm LD), optik kuplörden ve optik izolatörden oluşmaktadır. Sinyal ışığı ve pompa ışığı, erbiyum fiber içinde 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 fiberine enjekte edildiğinde, erbiyum iyonları pompa ışığının etkisi altında yüksek bir enerji seviyesine uyarılır (Şekil 1 (b), üç seviyeli bir sistem) ve hızla kararsız enerji seviyesine düşer; gelen sinyal ışığının etkisi altında temel duruma döndüğünde, sinyal ışığına karşılık gelen fotonlar yayar, böylece sinyal yükseltilir. Şekil 1 (c), geniş bir bant genişliğine (20-40 nm'ye kadar) ve sırasıyla 1530 nm ve 1550 nm'ye karşılık gelen iki tepeye 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 yükseltici (özellikle EDFA) birçok üstün avantaja sahip olsa da, ideal bir yükseltici değildir. Sinyalin SNR'sini düşüren ek gürültünün yanı sıra, aşağıdaki gibi bazı başka dezavantajları da vardır:
- Amplifikatör bant genişliği içindeki kazanç spektrumunun düzensizliği, çok kanallı amplifikasyon performansını etkiler;
- Optik yükselticiler art arda bağlandığında, ASE gürültüsü, fiber dağılımı ve doğrusal olmayan etkiler birikerek artar.
Bu hususlar uygulama ve sistem tasarımında dikkate alınmalıdır.
3. Optik Fiber İletişim Sisteminde Optik Amplifikatörün Uygulanması
Optik fiber iletişim sisteminde,Fiber Optik AmplifikatörBu cihaz, yalnızca vericinin iletim gücünü artırmak için bir güç yükseltici olarak değil, aynı zamanda alıcının alım hassasiyetini iyileştirmek için bir ön yükseltici olarak da kullanılabilir ve ayrıca geleneksel optik-elektrik-optik tekrarlayıcının yerini alarak iletim mesafesini uzatabilir ve tamamen optik iletişimi gerçekleştirebilir.
Optik fiber iletişim sistemlerinde, iletim mesafesini sınırlayan ana faktörler optik fiberin kaybı ve dağılımıdır. Dar spektrumlu bir ışık kaynağı kullanıldığında veya sıfır dağılım dalga boyuna yakın çalışıldığında, fiber dağılımının etkisi azdır. Bu sistemde, her röle istasyonunda tam sinyal zamanlama rejenerasyonu (3R röle) yapılmasına gerek yoktur. Optik sinyali doğrudan bir optik yükseltici ile yükseltmek (1R röle) yeterlidir. Optik yükselticiler, yalnızca uzun mesafeli ana hat sistemlerinde değil, özellikle WDM sistemlerinde, birden fazla kanalı aynı anda yükseltmek için optik fiber dağıtım ağlarında da kullanılabilir.
1) Ana Optik Fiber İletişim Sistemlerinde Optik Amplifikatörlerin Uygulanması
Şekil 2, optik yükselticinin ana optik fiber iletişim sistemindeki uygulamasının şematik diyagramıdır. (a) Resim, optik yükselticinin vericinin güç yükselticisi ve alıcının ön yükselticisi olarak kullanıldığını ve böylece rölesiz mesafenin iki katına çıkarıldığını göstermektedir. Örneğin, EDFA kullanıldığında, sistem iletimi 1,8 Gb/s'lik mesafe 120 km'den 250 km'ye hatta 400 km'ye kadar çıkmaktadır. Şekil 2 (b)-(d), çoklu röle sistemlerinde optik yükselticilerin uygulamasını göstermektedir; Şekil (b) geleneksel 3R röle modudur; Şekil (c) 3R tekrarlayıcılar ve optik yükselticilerin karışık röle modudur; Şekil 2 (d) tamamen optik bir röle modudur; tamamen optik bir iletişim sisteminde, zamanlama ve yenileme devreleri içermediğinden, bit şeffaftır ve "elektronik şişe bıyığı" kısıtlaması yoktur. Her iki uçtaki gönderici ve alıcı ekipman değiştirildiği sürece, düşük hızdan yüksek hıza yükseltme kolaydır ve optik yükselticinin değiştirilmesine gerek yoktur.
2) Optik Fiber Dağıtım Şebekesinde Optik Amplifikatörün Uygulanması
Optik yükselticilerin (özellikle EDFA'ların) yüksek güç çıkışı avantajları, geniş bant dağıtım ağlarında (örneğin,CATVGeleneksel CATV şebekesi, her birkaç yüz metrede bir yükselticiye ihtiyaç duyan koaksiyel kablo kullanır ve şebekenin hizmet yarıçapı yaklaşık 7 km'dir. Optik yükselticiler kullanan optik fiber CATV şebekesi, dağıtılan kullanıcı sayısını büyük ölçüde artırmakla kalmaz, aynı zamanda şebeke yolunu da büyük 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 TV'nin AM-VSB modülasyonu için bir optik fiber dağıtım ağının örneğini göstermektedir. 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 dağıtımdan sonra, toplam kullanıcı sayısı 4,2 milyona ulaşmış ve ağ yolu onlarca kilometreyi aşmıştır. Testin ağırlıklı sinyal-gürültü oranı 45 dB'den büyük olup, EDFA, CSO'da bir azalmaya neden olmamıştır.
Yayın tarihi: 23 Nisan 2023