Руководство по технологии и тестированию систем WDM - Жирар А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 2.21 Схема EDFA
Для накачки усилителей EDFA подходят лазеры с длинами волн излучения 980 нм и 1480 нм. Излучение обеих длин волн соответствует уровням энергии возбужденных ионов и хорошо поглощается волокном, легированным эрбием. Однако при выборе того или иного типа лазеров накачки приходится идти на компромисс. С одной стороны, усилители EDFA с лазерами 980 нм обладают более низким коэффициентом шума, чем усилители с лазерами 1 480 нм, что лучше для многоканальных систем и предусилителей систем DWDM. С другой стороны, использование лазеров 1 480 нм позволяет создать более мощные усилители за меньшую цену. Выбор осложняется тем, что тип лазеров накачки необходимо определить в самом начале проектирования сети, когда еще не известно окончательное число каналов и достаточно сложно определить, что важнее - высокая мощность усилителя или низкий уровень его шума. В некоторых усилителях EDFA используется накачка на двух длинах волн, что позволяет совместить преимущества обоих способов.
Если лазерный передатчик выдает в волокно с типичным затуханием 0,2 дБ/км в области длины волны 1550 нм сигнал мощностью +16 дБм, то после прохождения 80 км мощность этого сигнала упадет до уровня 0 дБм (1 мВт) (не учитываются другие источники потерь, таких как стыки и т. д.). Если же лазер выдает сигнал мощностью 0 дБм, то при прохождении тех же 80 км он понизится до уровня -16 дБм. На первых этапах развития волоконно-оптической связи лазеры имели относительно низкую мощность, и сигнал необходимо было восстанавливать электронными методами при прохождении расстояний много меньших, чем 80 км. Электронный повторитель получал оптический сигнал, преобразовывал его в электрический, усиливал и снова преобразовывал в оптический. Хотя эта технология не имела спектральных ограничений и позволяла с равным успехом восстанавливать сигналы как на 1310 нм, так и на 1 550 нм, она была достаточно сложной, а увеличение скорости передачи системы требовало замены повторителей.
В начале 1980-х годов Пэйн (Payne) и Ламинг (Laming) из Саутгэмптонского университета (University of Southampton) в Великобритании предложили усиливать оптические сигналы без оптоэлектронного преобразования с помощью волокна, легированного эрбием. С этого момента началась эпоха полностью оптических повторителей. У предложенной технологии было одно небольшое ограничение: она
ГЛАВА 2
ОСНОВЫ
позволяла усиливать сигналы только в узком спектральном диапазоне с центром на длине волны 1550 нм.
Возможно несколько схем накачки EDFA на длинах волн 1480 нм или 980 нм (рис. 2.22).
I) к
WDM
ЕЗ-
Ас+Ан
SlSSL
Ь)
Ас + Ан
Ас + Ан
с) Н^3-$Щ5$^?
d)
Ас+Ан Ас+Ан
dcd]—
WDM
-а
Е2Г
Рис. 2.22 Типовые схемы накачки EDFA (DCD -compensation device)
устройство компенсации дисперсии, dispersion
Прямое направление накачки (рис. 2.22-а) дает наиболее низкий уровень шума. Это предпочтительно при небольшой мощности входного сигнала и максимальных значениях коэффициента усиления (область А, рис. 2.23). При обратном направлении накачки (рис. 2.22-b) проще достигается режим насыщения. Это предпочтительно в тех случаях, когда требуется на выходе сигнал максимально возможную мощность (область С, рис. 2.23).
При совместном применении двух лазеров накачки различных длин волн рекомендуется осуществлять накачку на 1 480 нм в обратном направлении, а накачку на 980 нм - в прямом. Это позволяет наилучшим образом использовать преимущества обоих методов. Лазер накачки 1480 нм обладает более высокой квантовой эффективностью, но при этом и несколько более высоким коэффициентом шума, в то время как для лазера 980 нм можно снизить уровень шумов почти до уровня квантовых флуктуаций.
GD-
ГЛАВА 2
ОСНОВЫ
В EDFA с одноступенчатой накачкой максимальная мощность выходного сигнала, достигаемая в режиме насыщения (область С, рис. 2.23), составляет около +16 дБм. Его коэффициент шума в области сигнала низкой мощности (область А, рис. 2.23) равен 5-6 дБ. В EDFA с двумя лазерами накачки (980 нм и 1480 нм) достигается более высокая мощность выходного сигнала - до +26 дБм. Чтобы снизить уровень шумов почти до уровня квантовых флуктуаций (что необходимо для многих предусилителей) применяют многокаскадную конструкцию: сразу за первым каскадом усиления помещается оптический изолятор, который препятствует распространению в обратном направлении усиленной спонтанной эмиссии ASE (Amplified Spontaneous Emission) второго каскада.
А: Режим предусилителя
В: Режим повторителя
С: Стартовый усилитель >
P вход
P вых
Рис. 2.23. Зависимость коэффициента усиления от мощности входного сигнала и различные режимы работы EDFA
Усилители EDFA могут использоваться по-разному области коэффициента усиления (рис. 2.23).
зависимости от выбранной
• В режиме насыщения (область С, рис. 2.23) - как усилитель мощности (бустер) сразу после лазера передатчика. Бустер повышает мощность сигнала и позволяет максимально увеличить расстояние до первого повторителя.
• В режиме промежуточных значений усиления и шума (область В, рис. 2.23) - как повторитель. Повторитель усиливает сигнал, насколько это возможно, внося при этом как можно меньше шума.
