1. Classificazione diFiberuAamplificatori
Ci sò trè tippi principali di amplificatori ottici:
(1) Amplificatore otticu à semiconduttori (SOA, Amplificatore otticu à semiconduttori);
(2) Amplificatori di fibra ottica drogati cù elementi di terre rare (erbiu Er, tuliu Tm, praseodimiu Pr, rubidiu Nd, ecc.), principalmente amplificatori di fibra drogati cù erbiu (EDFA), è ancu amplificatori di fibra dopati cù tuliu (TDFA) è amplificatori di fibra dopati cù praseodimio (PDFA), ecc.
(3) Amplificatori di fibra non lineare, principalmente amplificatori Raman in fibra (FRA, Fiber Raman Amplifier). U principale paragone di e prestazioni di questi amplificatori ottici hè mostratu in a tabella.
EDFA (Amplificatore di Fibra Dopata à l'Erbiu)
Un sistema laser multilivellu pò esse furmatu dopendu a fibra di quarzu cù elementi di terre rare (cum'è Nd, Er, Pr, Tm, ecc.), è a luce di signale d'entrata hè amplificata direttamente sottu l'azione di a luce di a pompa. Dopu avè furnitu un feedback adattatu, si forma un laser à fibra. A lunghezza d'onda di travagliu di l'amplificatore à fibra dopata à Nd hè 1060 nm è 1330 nm, è u so sviluppu è a so applicazione sò limitati per via di a deviazione da u megliu portu di dissipazione di a cumunicazione in fibra ottica è altre ragioni. E lunghezze d'onda di funziunamentu di EDFA è PDFA sò rispettivamente in a finestra di a perdita più bassa (1550 nm) è di a lunghezza d'onda à dispersione zero (1300 nm) di a cumunicazione in fibra ottica, è TDFA opera in a banda S, chì sò assai adatti per l'applicazioni di u sistema di cumunicazione in fibra ottica. In particulare EDFA, u sviluppu u più rapidu, hè statu praticu.
UPprincipiu di l'EDFA
A struttura basica di l'EDFA hè mostrata in a Figura 1(a), chì hè cumposta principalmente da un mezu attivu (fibra di silice dopata cù erbiu longa circa decine di metri, cù un diametru di u core di 3-5 micron è una cuncentrazione di doping di (25-1000)x10-6), fonte di luce di pompa (990 o 1480nm LD), accoppiatore otticu è isolatore otticu. A luce di signale è a luce di pompa si ponu propagà in a stessa direzzione (pompaggio codirezionale), direzzioni opposte (pompaggio inversu) o entrambe e direzzioni (pompaggio bidirezionale) in a fibra d'erbiu. Quandu a luce di signale è a luce di pompa sò iniettate in a fibra d'erbiu à u listessu tempu, l'ioni d'erbiu sò eccitati à un livellu d'energia elevatu sottu l'azione di a luce di pompa (Figura 1(b), un sistema à trè livelli), è decadenu rapidamente à u livellu d'energia metastabile, quandu torna à u statu fundamentale sottu l'azione di a luce di signale incidente, emette fotoni currispondenti à a luce di signale, in modu chì u signale sia amplificatu. A figura 1 (c) hè u so spettru di emissione spontanea amplificata (ASE) cù una grande larghezza di banda (finu à 20-40 nm) è dui picchi currispondenti rispettivamente à 1530 nm è 1550 nm.
I principali vantaghji di l'EDFA sò un guadagnu elevatu, una grande larghezza di banda, una putenza di uscita elevata, una alta efficienza di a pompa, una bassa perdita d'inserzione è l'insensibilità à u statu di polarizazione.
2. Prublemi cù l'amplificatori à fibra ottica
Ancu s'è l'amplificatore otticu (in particulare EDFA) hà parechji vantaghji eccezziunali, ùn hè micca un amplificatore ideale. In più di u rumore supplementu chì riduce u SNR di u signale, ci sò alcuni altri difetti, cum'è:
- L'irregolarità di u spettru di guadagnu in a larghezza di banda di l'amplificatore affetta e prestazioni di l'amplificazione multicanale;
Quandu l'amplificatori ottici sò in cascata, l'effetti di u rumore ASE, a dispersione di fibre è l'effetti non lineari s'accumuleranu.
Sti prublemi devenu esse presi in cunsiderazione in a cuncepzione di l'applicazione è di u sistema.
3. Applicazione di l'amplificatore otticu in u sistema di cumunicazione in fibra ottica
In u sistema di cumunicazione in fibra ottica, uAmplificatore di fibra otticapò esse adupratu micca solu cum'è amplificatore di putenza di u trasmettitore per aumentà a putenza di trasmissione, ma ancu cum'è preamplificatore di u ricevitore per migliurà a sensibilità di ricezione, è pò ancu rimpiazzà u ripetitore otticu-elettricu-otticu tradiziunale, per allargà a distanza di trasmissione è realizà una cumunicazione tutta ottica.
In i sistemi di cumunicazione in fibra ottica, i principali fattori chì limitanu a distanza di trasmissione sò a perdita è a dispersione di a fibra ottica. Usendu una fonte di luce à spettru strettu, o travagliendu vicinu à a lunghezza d'onda à dispersione zero, l'influenza di a dispersione di a fibra hè chjuca. Stu sistema ùn hà micca bisognu di fà una rigenerazione cumpleta di a sincronizazione di u signale (relè 3R) in ogni stazione di relè. Hè sufficiente amplificà direttamente u signale otticu cù un amplificatore otticu (relè 1R). L'amplificatori ottici ponu esse aduprati micca solu in i sistemi di trunk à longa distanza, ma ancu in e rete di distribuzione in fibra ottica, in particulare in i sistemi WDM, per amplificà più canali simultaneamente.
1) Applicazione di amplificatori ottici in sistemi di cumunicazione in fibra ottica Trunk
A figura 2 hè un schema di l'applicazione di l'amplificatore otticu in u sistema di cumunicazione in fibra ottica di u trunk. (a) L'imagine mostra chì l'amplificatore otticu hè adupratu cum'è amplificatore di putenza di u trasmettitore è preamplificatore di u ricevitore in modu chì a distanza senza relè sia radduppiata. Per esempiu, aduttendu EDFA, a trasmissione di u sistema A distanza di 1,8 Gb/s aumenta da 120 km à 250 km o ancu ghjunghje à 400 km. A Figura 2 (b)-(d) hè l'applicazione di amplificatori ottici in sistemi multi-relè; A Figura (b) hè a modalità di relè 3R tradiziunale; A Figura (c) hè a modalità di relè mista di ripetitori 3R è amplificatori ottici; A Figura 2 (d) Hè una modalità di relè tutta ottica; in un sistema di cumunicazione tutta ottica, ùn include micca circuiti di timing è di rigenerazione, dunque hè trasparente à i bit, è ùn ci hè nisuna restrizione di "baffi di buttiglia elettronica". Finchè l'equipaggiu di trasmissione è di ricezione à e duie estremità hè rimpiazzatu, hè faciule d'aghjurnà da una velocità bassa à una velocità alta, è l'amplificatore otticu ùn hà micca bisognu di esse rimpiazzatu.
2) Applicazione di l'amplificatore otticu in a rete di distribuzione di fibra ottica
I vantaghji di l'alta putenza di uscita di l'amplificatori ottici (in particulare EDFA) sò assai utili in e rete di distribuzione à banda larga (cum'èTV via cavoReti). A rete CATV tradiziunale adotta u cavu coassiale, chì deve esse amplificatu ogni centinaia di metri, è u raghju di serviziu di a rete hè di circa 7 km. A rete CATV in fibra ottica chì utilizza amplificatori ottici ùn pò micca solu aumentà assai u numeru di utilizatori distribuiti, ma ancu espande assai u percorsu di a rete. I sviluppi recenti anu dimustratu chì a distribuzione di fibra ottica/ibrida (HFC) sfrutta i punti di forza di tramindui è hà una forte cumpetitività.
A Figura 4 hè un esempiu di una rete di distribuzione in fibra ottica per a modulazione AM-VSB di 35 canali TV. A fonte luminosa di u trasmettitore hè DFB-LD cù una lunghezza d'onda di 1550 nm è una putenza di uscita di 3,3 dBm. Usendu EDFA à 4 livelli cum'è amplificatore di distribuzione di putenza, a so putenza d'entrata hè di circa -6 dBm, è a so putenza di uscita hè di circa 13 dBm. Sensibilità di u ricevitore otticu -9,2d Bm. Dopu à 4 livelli di distribuzione, u numeru tutale di utilizatori hà righjuntu 4,2 milioni, è u percorsu di a rete hè più di decine di chilometri. U rapportu segnale-rumore ponderatu di a prova era più grande di 45 dB, è EDFA ùn hà micca causatu una riduzione di CSO.
Data di publicazione: 23 d'aprile di u 2023