Perbandingan Jenis Pelbagai Penguat Optik
Penguat optik merupakan teknologi penting untuk rangkaian komunikasi optik. Tanpa perlu terlebih dahulu menukarnya kepada isyarat elektrik, penguat optik kini digunakan bukannya repeater. Seperti yang kita ketahui, terdapat beberapa jenis penguat optik. Di antara mereka, teknologi penguat utama adalah penguat serat Doped (misalnya EDFA), penguat optik Semikonduktor (SOA) dan penguat Fiber Raman. Hari ini, kita akan mengkaji dan membandingkan pelbagai jenis penguat optik dalam kertas ini.
Sebelum perbandingan pelbagai jenis penguat optik, mari kita lihat dengan lebih dekat penguat optik gentian. Secara umum, repeater termasuk penerima dan pemancar digabungkan dalam satu pakej. Penerima menukar tenaga optik masuk ke dalam tenaga elektrik. Output elektrik dari penerima memacu input elektrik pemancar. Output optik pemancar mewakili versi diperkuatkan isyarat input optik ditambah bunyi. Repeaters tidak berfungsi untuk rangkaian gentian optik, di mana banyak pemancar menghantar isyarat kepada penerima banyak pada kadar bit yang berbeza dan dalam format yang berbeza. Walau bagaimanapun, tidak seperti pengulang, penguat optik menguatkan isyarat optik secara langsung tanpa transformasi optik elektrik dan elektrik. Di samping itu, sebuah penguat optik yang ideal boleh menyokong operasi pelbagai saluran lebih dari selebar gelombang yang mungkin, memberikan keuntungan rata ke atas julat keuntungan dinamik yang besar, mempunyai kuasa output tepu yang tinggi, bunyi yang rendah, dan penindasan sementara yang berkesan. Beberapa faedah penguat optik seperti yang berikut:
Menyokong sebarang bit dan format isyarat
Menyokong seluruh wilayah panjang gelombang
Meningkatkan kapasiti pautan gentian optik dengan menggunakan WDM
Menyediakan keupayaan rangkaian semua-optik, bukan hanya pautan ke titik-titik
OK, selepas pengenalan ringkas penguat optik, kami secara rasmi memulakan topik utama hari ini. Seperti yang kita bercakap di atas, terdapat tiga jenis utama teknologi penguat masa kini. Setiap daripada mereka mempunyai prinsip, ciri dan aplikasi mereka sendiri. Kami akan menerangkannya satu demi satu dalam perenggan berikut.
Penguat serat doped (Perwakilan tipikal: EDFA)
Penguat serat erbium-doped (EDFA) adalah penguat optik gentian yang paling banyak digunakan, terutamanya yang diperbuat daripada serat Erbium-doped (EDF), sumber lampu pam, pengawal optik, pengasing optik, penapis optik dan komponen lain. Di antara mereka, satu kesan jejak dalam bentuk ion erbium trivalen dimasukkan ke teras silika gentian optik untuk mengubah sifat optik dan penguatan isyarat permit.
Prinsip Kerja
Prinsip kerja EDFA adalah menggunakan sumber cahaya pam, yang paling sering mempunyai panjang gelombang sekitar 980 nm dan kadang-kadang sekitar 1450 nm, merangsang ion erbium (Er3 +) ke dalam keadaan 4I13 / 2 (dalam kes 980-nm mengepam melalui 4I11 / 2), dari mana mereka dapat menguatkan cahaya dalam rantau panjang gelombang 1.5-μm melalui pelepasan yang dirangsang kembali ke manifold 4I15 / 2.
Kelebihan & Kekurangan EDFA
Kelebihan
EDFA mempunyai penggunaan kuasa pam yang tinggi (> 50%)
Secara langsung dan secara serentak menguatkan jalur gelombang yang lebar (> 80nm) di rantau 1550nm, dengan keuntungan yang agak rata
Ketumpatan dapat ditingkatkan dengan penapis optik yang meruncing
Keuntungan melebihi 50 dB
Angka bunyi rendah yang sesuai untuk aplikasi jarak jauh
Kelemahan
Saiz EDFA tidak kecil
Ia tidak boleh diintegrasikan dengan deviecs semikonduktor yang lain
Penguat optik semikonduktor (SOA)
Penguat optik semikonduktor adalah satu jenis penguat optik yang menggunakan semikonduktor untuk menyediakan medium keuntungan. Mereka mempunyai struktur yang serupa dengan diod laser Fabry-Perot tetapi dengan elemen reka bentuk anti-refleksi pada muka akhir. Tidak seperti penguat optik lain, SOA dipam secara elektronik (iaitu secara langsung melalui arus yang digunakan), dan laser pam berasingan tidak diperlukan.
Prinsip Kerja
1. Pelepasan yang dimulakan untuk menguatkan isyarat optik.
2. Kawasan semikonduktor aktif.
3.Injection semasa untuk mengepam elektron pada jalur konduksi.
4. Isyarat input merangsang peralihan elektron ke jalur valensi untuk mendapatkan amplifikasi.
Kelebihan & Kelemahan SOA
Kelebihan
Penguat optik semikonduktor adalah saiz kecil dan dipam elektrik.
Ia mungkin berpotensi lebih murah daripada EDFA dan boleh diintegrasikan dengan laser semikonduktor, modulator, dan sebagainya.
Semua empat jenis operasi tak linier (modulasi keuntungan salib, modulasi fasa salib, penukaran panjang gelombang dan empat gelombang pencampuran) boleh dibuang.
SOA boleh dijalankan dengan laser kuasa rendah. Ini berasal dari nanosecond pendek atau kurang umur negara bagian atas, supaya keuntungan bertindakbalas dengan cepat menukar pam atau kuasa isyarat dan perubahan keuntungan juga menyebabkan perubahan fasa yang boleh memesongkan isyarat.
Kelemahan
Prestasi SOA masih tidak setanding dengan EDFA. SOA mempunyai bunyi bising yang lebih tinggi, keuntungan yang lebih rendah, pergantungan polarisasi yang sederhana dan ketiadaan yang tinggi dengan masa sementara yang cepat.
Penguat gentian Raman (FRA)
Penguat gentian Raman (FRA) juga penguat optik yang agak matang. Di dalam FRA, isyarat optik dikuatkan kerana rintangan Raman yang dirangsang (SRS). Secara umumnya, FRA boleh dibahagikan kepada jenis yang dipanggil LRA dan jenis diedarkan yang dipanggil DRA. Media keuntungan serat dari bekas biasanya dalam jarak 10 km. Di samping itu, ia memerlukan kuasa pam yang lebih tinggi, secara umumnya dalam beberapa hingga sedozen watt yang dapat menghasilkan 40 dB atau bahkan lebih dari keuntungan. Ia digunakan terutamanya untuk menguatkan jalur isyarat optik yang EDFA tidak dapat memuaskan. Media keuntungan serat DRA biasanya lebih panjang daripada LRA, umumnya untuk berpuluh-puluh kilometer manakala kuasa sumber pam turun hingga ratusan megawatt. Ia digunakan terutamanya dalam sistem komunikasi DWDM, membantu EDFA untuk meningkatkan prestasi sistem, menghalang kesan tak linear, mengurangkan kejadian kuasa isyarat, meningkatkan isyarat kepada nisbah bunyi dan menguatkan secara dalam talian.
Prinsip Kerja
Prinsip FRA adalah berdasarkan kesan Rintangan Raman Rangsangan (SRS). Medium keuntungan adalah serat optik yang tidak dapat dikawal. Kuasa dipindahkan ke isyarat optik dengan proses optikal bukan linear yang dikenali sebagai kesan Raman. Foton insiden menggembirakan elektron ke keadaan maya dan pelepasan yang dirangsang berlaku apabila elektron merangsang ke keadaan molekul kaca getar. Peralihan Stokes sepadan dengan tenaga eigen phonon adalah kira-kira 13.2 THz untuk semua gentian optik.
Kelebihan & Kekurangan FRA
Kelebihan
Pembesaran panjang gelombang boleh ubah
Serasi dengan serat SM yang dipasang
Boleh digunakan untuk melanjutkan EDFA
Boleh menghasilkan kuasa purata yang lebih rendah sepanjang rentang, baik untuk crosstalk yang lebih rendah
Operasi jalur lebar sangat mungkin
Kelemahan
Keperluan kuasa pam yang tinggi, laser kuasa pam yang tinggi hanya baru-baru ini tiba
Kawalan keuntungan canggih diperlukan
Bunyi juga masalah
Ringkasan
Selepas bercakap tentang ketiga-tiga jenis penguat optik, kami membuat perbandingannya sebagai jadual berikut.
