Волоконно-оптические усилители

На рисунке 16(в) показан ВОУ, используемый в качестве предусилителя. В этом случае ВОУ помещается на удаленном конце тракта, непосредственно перед удаленным приемником. В большинстве случаев в такой конфигурации усилитель интегрируется с приемником. В этом случае ВОУ понижает уровень чувствительности приемника. Усилитель получает сигнал низкого уровня, прошедший долгий путь или через ряд элементов с большим уровнем потерь, и повышает его до уровня, приемлемого для приемника.

Усилители на лазерных диодах могут использоваться во всех трех вариантах, показанных на рисунке. Они могут работать в диапазоне длин волн 1310 нм, где усилители типа EDFA имеют неудовлетворительные характеристики. Известно, что усилители EDFA специально предназначены для диапазона длин волн 1550 нм.

Когда ОУ на лазерных диодах используется в качестве предусилителя (рисунке 8.3(b)), результирующий уровень сигнала, подаваемый на оптический приемник, оказывается таким большим, что характеристики приемника ограничиваются не столько уровнем теплового шума, сколько уровнем дробового шума. Эти предусилители ухудшают отношение сигнал/шум также за счет шума спонтанного излучения. Относительно высокий коэффициент шума (порядка 5-7 дБ) типового усилителя на лазерных диодах делает их не очень идеальными для использования в качестве предусилителя. Но даже в этом случае, они могут значительно улучшить чувствительность приемника.

Если усилитель на лазерном диоде используется в качестве мощного усилителя (бустера, рисунке 8.3(б)), его выходная мощность ограничена, обычно на уровне < 10 мВт. Это объясняется его относительно малой (примерно 5 мВт) выходной мощностью насыщения.

Полупроводниковые ОУ (ПОУ) имеют ряд недостатков, которые делают непрактичным их использование в качестве линейного усилителя. Среди этих недостатков можно отметить: чувствительность к поляризации, переходные помехи между каналами (чувствительные для систем WDM), большие потери при вводе в волокно. В усилителях EDFA таких проблем нет, но они, как мы уже отмечали, могут быть использованы только в окне прозрачности 1550 нм.

Критические рабочие параметры усилителей типа EDFA

Выходная характеристика усилителя EDFA на основе кварцевого волокна изменяется в зависимости от длины волны в полосы усиления. То же можно сказать и про усиление такого усилителя. Усиление также зависит от мощности и состояния поляризации входного сигнала. Оно будет также меняться в зависимости от относительной входной мощности каждого канала WDM/DWDM. Следовательно, влияние временного распределения входной мощности, как правило, в моменты ввода нового или вывода существующего каналов, должно как-то характеризоваться и управляться в рамках используемых многоканальных применений. Усиление ОУ типа EDFA может быть вычислено по заданной средней входной мощности Рin и средней выходной мощности Роut. Заметим, что в приведенном ниже выражении мощности даны по отношению к определенной длине волны рассматриваемого сигнала.

, (17)

где Раsе - уровень мощности усиленного спонтанного излучения.

Заметим, что составляющая мощности ASE вычитается при вычислении усиления GdВ в выражении (8.1).

Усиление оптического усилителя существенно зависит от уровня входного сигнала. Интересно заметить, что усилитель демонстрирует большое усиление для слабых входных сигналов. Например, усиление больше 30 дБ можно ожидать для входных сигналов меньше чем -20 дБм. Таким образом, нелинейность амплитудной характеристики - важный параметр для больших уровней сигнала.

Для того, чтобы охарактеризовать усиление EDFA, необходимо включить в тест определение малосигнального усиления, полосу на уровне -3 дБ и выходную мощность насыщения. Эти три параметра могут изменяться с длиной волны входного сигнала. Критическими являются следующие параметры усилителя EDFA, определенные ниже:

Профиль - термин, используемый для описания зависимости от длины волны той или иной характеристики. Усиление шума выражается в дБ по отношению к одной волне, а профиль усиления шума это усиление конкретного усилителя в зависимости от изменения длины волны.

Равномерность усиления - максимальная разность усиления в отдельных каналах на выходе усилителя при условии, что мощности сигнала на всех входах одинаковы.

Усиление сигнала - принципиальный показатель, который определяет рабочую точку усилителя. Усиление шума, с другой стороны, является усилением, относящимся к малому сигналу, который даже будучи усилен не влияет на рабочую точку, тогда как последующий большой сигнал приводит усилитель в насыщение.

Перекрестное насыщение усиления - изменение усиления конкретного канала, когда входной уровень другого канала (или нескольких каналов) изменяется на некоторую величину.

Читайте также

Оборудование станции Круговец линейным комплектом ДЦ Неман
На современном этапе развития железнодорожного транспорта все более значимую роль занимают системы с применением микропроцессорной техники. В настоящее время разрабатываются и вводятся в ...

Проектирование дискретного устройства
На современном этапе развития транспорта наблюдается бурный рост темпов и объемов перевозок, особенно на железнодорожном транспорте в силу высокой скорости и невысокой стоимости грузопер ...

Разработка компьютерного измерительного комплекса вагона-лаборатории железнодорожной автоматики, телемеханики и связи
Измерительная техника - один из важнейших факторов ускорения научно-технического прогресса практически во всех отраслях народного хозяйства. Получение и обработка измерительной информа ...