Principios y clasificación de EDFA

(1) Amplificador óptico semiconductor (SOA, amplificador óptico semiconductor);

(2) Amplificadores de fibra dopados con elementos de tierras raras (erbio Er, tulio Tm, praseodimio Pr, rubidio Nd, etc.), principalmente amplificadores de fibra dopados con erbio (EDFA), amplificadores de fibra dopados con tulio (TDFA) y fibras dopadas con praseodimio. amplificadores (PDFA) )esperar;

(3) Amplificador de fibra no lineal, principalmente amplificador de fibra Raman (FRA, Fiber Raman Amplifier). La principal comparación de rendimiento de estos amplificadores ópticos se muestra en la tabla.

La fibra de cuarzo dopada con elementos de tierras raras (como Nd, Er, Pr, Tm, etc.) puede formar un sistema láser de niveles múltiples, que amplifica directamente la luz de señal de entrada bajo la acción de la luz de la bomba. Después de proporcionar la información adecuada, se forma un láser de fibra. Las longitudes de onda operativas de los amplificadores de fibra dopada con Nd son 1060 nm y 1330 nm. Debido a la desviación del sumidero óptimo para comunicaciones de fibra óptica y otras razones, su desarrollo y aplicación son limitados. Las longitudes de onda de trabajo de EDFA y PDFA se encuentran respectivamente en las ventanas de pérdida mínima (1550 nm) y longitud de onda de dispersión cero (1300 nm) de la comunicación por fibra óptica. TDFA funciona en la banda S, las cuales son muy adecuadas para aplicaciones de sistemas de comunicación de fibra óptica. En particular, EDFA es el que se ha desarrollado más rápidamente y se ha puesto en práctica.

La estructura básica de EDFA se muestra en la Figura 1 (a). Consiste principalmente en medios activos (fibra óptica de cuarzo dopada con erbio de aproximadamente decenas de metros de largo, diámetro del núcleo de 3 a 5 micrones, concentración de dopaje (25-1000) x10-6), fuente de luz de bomba (990 o 1480 nm LD), acoplador óptico. y aislador óptico. La luz de señal y la luz de la bomba pueden propagarse en la misma dirección (bombeo codireccional), direcciones opuestas (bombeo inverso) o ambas direcciones (bombeo bidireccional) en la fibra de erbio. Cuando la luz de señal y la luz de la bomba se inyectan en la fibra de erbio al mismo tiempo, los iones de erbio se excitan a un alto nivel de energía bajo la acción de la luz de la bomba (Figura 1 (b), sistema de tres niveles), y decae rápidamente al nivel de energía metaestable. , cuando vuelve al estado fundamental bajo la acción de la luz de señal incidente, emite fotones correspondientes a la luz de señal, de modo que la señal se amplifica. La Figura 1 (c) es un espectro de emisión espontánea amplificada (ASE) con un gran ancho de banda (hasta 20-40 nm) y dos picos correspondientes a 1530 nm y 1550 nm respectivamente.

Las principales ventajas de EDFA son alta ganancia, gran ancho de banda, alta potencia de salida, alta eficiencia de la bomba, baja pérdida de inserción e insensibilidad al estado de polarización.

Aunque el amplificador óptico (especialmente EDFA) tiene muchas ventajas destacadas, no es un amplificador ideal. Además del ruido adicional que reduce la SNR de la señal, también existen otras deficiencias, como:

•El espectro de ganancia no aplanado dentro del ancho de banda del amplificador afecta el rendimiento de la amplificación multicanal;

•Cuando se utilizan amplificadores ópticos en cascada, se acumularán los efectos del ruido ASE, la dispersión de la fibra y los efectos no lineales.

Estas cuestiones deben considerarse en el diseño de aplicaciones y sistemas.

Aplicación de amplificadores ópticos en sistemas de comunicación por fibra óptica.

En los sistemas de comunicación de fibra óptica, los amplificadores ópticos se pueden utilizar como amplificadores de potencia para que los transmisores aumenten la potencia de transmisión y como preamplificadores para los receptores para mejorar la sensibilidad de recepción. También pueden sustituir a los repetidores óptico-eléctricos-ópticos tradicionales. , amplía la distancia de transmisión y realiza una comunicación totalmente óptica.

En los sistemas de comunicación por fibra óptica, los principales factores que limitan la distancia de transmisión son la pérdida y la dispersión de la fibra. Utilizando una fuente de luz lineal de espectro estrecho o trabajando cerca de una longitud de onda de dispersión cero, el impacto de la dispersión de la fibra será menor. Este sistema no requiere una regeneración completa del tiempo de la señal en cada estación repetidora (relé 3R). Basta con amplificar directamente la señal óptica con un amplificador óptico (relé 1R). Los amplificadores ópticos se pueden utilizar no sólo en sistemas troncales de larga distancia, sino también en redes de distribución de fibra óptica, especialmente en sistemas WDM, para la amplificación simultánea de múltiples canales.