Оптические усилители являются составными компонентами DWDM систем передачи, поддерживающими необходимые уровни передачи на всех участках по дистанции и на всех рабочих частотах со спектральными каналами.
Оптические усилители мощности отличаются конструкциями, принципом действия и характеристиками передачи сигналов.
Виды оптических усилителей и рабочие диапазоны
В C-Band диапазоне наибольшее распространение получили волоконные оптические усилители примесного типа, легирование эрбием – Er (EDFA). Помимо этого, существуют усилители, легированные тулием – Tm, теллуром – Tе и другими редкоземельными элементами.
Это обусловлено различным принципом увеличения оптической мощности сигналов, проходящих через среду усиления. Основными характеристиками оптических усилителей являются: полоса или диапазон частот (волн) усиления; коэффициент усиления и его равномерность; шумы, вносимые усилителем; поляризационная чувствительность; нелинейные искажения или перегрузка; показатели энергоэффективности; цена; массогабаритные показатели; температурная устойчивость и т. д.
Волоконно-оптические усилители EDFA получили наибольшее большое распространение в волоконно-оптических системах передачи . Это связано с рядом их неоспоримых достоинств:
- простота конструкции;
- высокая надежность;
- низкая стоимость;
- большие коэффициенты усиления;
- малые шумы;
- широкая полоса усиления;
- малая чувствительность к поляризации.
Основу конструкции эрбиевого усилителя составляет оптическое волокно длиной от 10 м до 100 м с примесью редкоземельного материала Er.
Принцип работы усилителя EDFA, основан на эффекте возбуждения посредством внешней накачки атомов редкоземельного материала (ионы эрбия (Er 3+), помещенных в сердцевину обычного одномодового оптоволокна. Для накачки ионов используются излучения источник с длинами волн 1480 нм, 980 нм. Ионы эрбия возбуждаются за счет поглощения энергии волн генератора накачки. Они переходят с основного уровня на более высокие энергетические уровни, а затем без излучения в требуемом диапазоне снижаются (релаксируют) до метастабильного уровня. Одновременно на возбужденные атомы воздействует излучение сигнала, вызывающее стимулированное излучение на всей длине активного волокна.
Характеристики | Для волны 1480 нм | Для волны 980 нм |
Полупроводник лазера/тип лазера | InGaAs/InP (Фабри-Перо) | InGaAs |
Эффективность усиления | 5 дБ/мВт | 10 дБ/мВт |
Шум ASE | Около 5,5 дБ | 3–4 дБ |
Выходная мощность насыщения | +20 дБ | +5 дБ |
Диапазон волн накачки | 1470–1490 нм (20 нм) | 979–981 нм (2 нм) |
Мощность накачки | 50–200 мВт | 10–20 мВт |
Лазеры с волной накачки 980 нм обеспечивают наименьший шум усиления, а лазеры на волне 1480 нм позволяют получить больший коэффициент усиления при большей величине шума ASE. Исходя из этих фактов можно определить применение: на волне 980 нм накачка необходима в усилителях предварительных (Pre-amplifier) на входе приемников оптического излучения в системах с большим числом спектральных каналов; на волне 1480 нм накачка необходима для получения максимального усиления для получения максимальной мощности ввода в волоконную линию (Booster).
При организации спектральных каналов для оптических усилителей принято считать, что мощность лазера накачки теоретически равномерно распределяется между ними, поэтому, чем больше каналов в системе, тем мощнее должен быть лазер накачки или каскад накачки.
Ниже в качестве примера приведены характеристики EDFA для оптических сетей DWDM с числом спектральных каналов 40 (100 ГГц) в диапазоне волн 1528–1561 нм или 96 каналов (50ГГц) в диапазоне 1528–1568 нм
EDFA type | BA(Boost amplifier) | LA(Line-amplifier) | PA(Pre-amplifier) |
Minimum input optical power | -32 dBm | -32 dBm | -32 dBm |
Maximum output optical power | +20dBm | +20dBm | +17dBm |
Maximum gain | 20dB | 33dB | 30dB |
Noise factor | ＜ 5dB | ＜ 5 dB | ＜ 5 dB |
Gain flatness | ＜ 1.5dB | ＜ 1.5dB | ＜ 1.5dB |
Шасси усилителя может быть подключено в систему управления через WEB интерфейс, а также протокол telnet. В усилителе могут фиксироваться аварийные сигналы на передней панели со светодиодами и быть переданы на систему мониторинга в виде SNMP-trap.
Дополнительно в конструкцию может быть установлен управляемый переменный оптический аттенюатор, который позволяет вносить затухание от 1,5 до 21,5 дБ.
