Волоконно-оптические системы передачи



страница37/39
Дата14.02.2020
Размер0.65 Mb.
Название файлаВОЛОКОННО.docx
ТипЗадача
1   ...   31   32   33   34   35   36   37   38   39
Принцип действия ЕDFАобъясним на примере схемы 3.49 б.

Слабый входной оптический сигнал проходит через оптический изолятор И,который пропускает свет в прямом направлении (слева направо), но не пропускает рассеянный свет в обратном направлении. Затем сигнал попадает в катушку с волокном легированным эрбием ЭОВ. Это волокно подвергается сильному непрерывному излучению лазерного диода, установленного с противоположной стороны волокна. ППЛ накачки имеет более короткую длину волны, чем входной сигнал (980 нм или 1480 нм).

Свет от лазера накачки возбуждает атомы примеси в эрбиевом волокне. При наличии слабого входного сигнала происходит индуцированный переход атомов из возбужденного состояния в основное с излучением света той же длины волны, с той же самой фазой и поляризацией, что и повлекший это входной сигнал. Усиленный сигнал поступает в выходное волокно через оптический изолятор,который предотвращает попадание обратного рассеянного сигнала из выходного сегмента в активную область ОУ. Такой способ накачки усилителя чаще всего применяется в предусилителях на прием­ной стороне.

В схеме двунаправленной накачки (рисунок 3.49 в) используются два ЛД. Это позволяет получить большую выходную мощность усиленного сигнала и более равномер­ную АВХ усилителя.

В схеме совмещенной накачки (рисунок 3.49 г) используются два каскада (элемента) усиления. Усилитель обладает высокими качественными показате­лями, поскольку сочетает положительные качества схем с λнак=980 нм и λ нак=1480 нм. Так первый каскад (элемент) обеспечивает высокое усиление сигнала при низком уровне помех; второй каскад (элемент) является усилите­лем мощности и позволяет получить высокий уровень выходного сигнала.

Активной средой усилителя является одномодовое волокно, сердцевина которого легируется эрбием с целью создания трехуровневой атомной системы.

 

 

Рисунок 3.50 – Схема уровней энергии эрбиевого волокна



Лазер накачки возбуждает атомы примесив ОВ, в результате чего электроны с основного состояния (уровня А в валентной зоне) переходят в возбужденное состояние (Уровень С в зоне проводимости),далее происходит релаксация электронов с уровня С, на промежуточный уровень В(в зоне проводимости). Уровень В является метастабильным уровнем, это значит, что электроны могут находиться на нём достаточно долго без релаксации (≈1мс), т. е. среднее время до спонтанного испускания фотона достаточно велико (по сравнению с уровнем С, где электроны могут находиться ≈ 1мкс). Когда заселенность уровня В становится достаточно высокой, так что образуется инверсная заселенность уровней А и В, то такая система способна индуцировано усиливать входной оптический сигнал в определенном диапазоне длин волн.

1) Коэффициент усиления

2) амплитудно-волновая характеристика (АВХ) ОУ,

3) мощность насыщения,

4) шум-фактор,

5) диапазон рабочих (усиливаемых) длин волн.

 

1) Коэффициент усиления G (gain) и его логарифмический эквивалент



g = 10 lg G [дБ] определяются из соотношения G = Pвых/Pвх, или g = pвых-pвх

где Pвх и Pвых – мощности (полезных) сигналов на входе и выходе усилителя, маленькие буквы p обозначают уровни сигнала [дБм]. Коэффициент усиления оптического усилителя EDFA зависит от длины волны и мощности входного сигнала. Усиление ОУ может достигать 30 дБ (1мкВт на входе и 1мВт на выходе).



2) Амплитудно-волновая характеристика (АВХ) ОУпредставляет зависи­мость G(λ) усиления ВОУ от длины волны входного сигнала при постоянной входной мощности оптического сигнала, рису­нок 3.51. Амплитудно-волновая характеристика (АВХ) неравномерна в диапазоне 1530-1540 нм и зависит от мощности входного сигнала (рисунок 3.52).

 

Рисунок 3.51 - Амплитудно-волновая характеристика ОУ



 

 

Рисунок 3.52 - Зависимость коэффициента усиления EDFA от длины волны входного сигнала при фиксированных значениях мощности оптического сигнала на входе усилителя



 

3) Мощность насыщения Рнас на выходе усилителя.

Данный параметр легко понять по кривой зависимости выходной мощности усилителя (в данном случае усилителя ЕDFА) от мощности входного сигна­ла, представленной на рисунке 3.53. Из данного графика видно, что выходная мощность возрастает линейно с ростом входной мощности в пределах от -40 до -10 дБм (область А-Б). Дальнейший рост Рвых. замедляется вследствие насыщения усилителя и на­чиная с 20 дБм Реых Рвх , при этом G = 1. Это и есть режим насыщения, т.е. Рвых=Рнас.

До определенного (малого) уровня входной мощности усиление практически постоянно, затем оно начинает экспоненциально падать (см. рисунок 3.54) с ростом уровня входной мощности.



 

 

Рисунок 3.53 - Зависимость выходной мощности эрбиевого оптического усилителя от входной мощности сигнала.



 

 



Рисунок 3.54 - Зависимость усиления от выходной мощности и определение мощности насыщения

 

Этот "падающий" участок характеристики является областью насыщения усилителя и объясняется уменьшением коэффициента размножения, вызванным возрастающим с ростом входного сигнала дефицитом частиц, которые способны генерировать вторичные фотоны, на том уровне, где создается инверсия населенности. Эта область численно характеризуется мощностью насыщения Рн на выходе усилителя, определяется по выходной характеристике на уровне минус 3 дБм,при котором коэффициент усиления g падает в два раза.



Оптические усилители добавляют шум к усиливаемому оптическому сигналу. Этот шум обусловлен усиленным спонтанным излучением инверсно-заселённых уровней атомов примеси. Он возникает под действием случайных возмущающих факторов различной физической природы, вызывающих спонтанное излучение, например нагрева усилителя (тепловые фотоны), а также за счет наличия рассеянных фотонов.

 

Рисунок 3.55 - Мощность выходного сигнала и шума в EDFA



 

4) Шум-фактор NF (noise figure) характеризует ухудшение отношения сигнал/шум после прохождения сигнала через ОУ и определяется как отношение сигнал-шум на входе усилителя к отношению сигнал-шум на выходе усилителя:



 (3.10)

Часто при описании оптических усилителей значение шум-фактора указывается в дБ:  . Минимальный шум-фактор равен 1 (0 дБ). Чем ближе к 1 значение шум-фактора, тем меньше дополнительный шум вносит усилитель.

Ниже приводятся основные параметры коммерчески доступных эрбиевых волоконных усилителей:

- коэффициент линейного усиления (малосигнального) – 30-40 дБ;

- мощность насыщения - до 0,5 Вт;

- спектральная полоса усиления – 30-40 нм;

- диапазон рабочих (усиливаемых) длин волн - (1530-1570) нм;

- требуется мощной источник оптической накачки (50-100) мВт.





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   31   32   33   34   35   36   37   38   39


База данных защищена авторским правом ©genew.ru 2020
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Лабораторная работа
Рабочая программа
Методические указания
Практическая работа
Методические рекомендации
Теоретические основы
Пояснительная записка
Общая характеристика
Учебное пособие
История развития
Общие сведения
Физическая культура
Теоретические аспекты
Практическое задание
Федеральное государственное
Техническое задание
Направление подготовки
Теоретическая часть
Самостоятельная работа
Образовательная программа
Общие положения
Дипломная работа
Методическая разработка
государственное бюджетное
квалификационная работа
Выпускная квалификационная
Технологическая карта
Техническое обслуживание
Решение задач
учебная программа
Методическое пособие
История возникновения
Общие требования
Рабочая учебная
Краткая характеристика
Исследовательская работа
Общая часть
История создания
Метрология стандартизация
Основная часть
Рабочая тетрадь
Техническая эксплуатация
Название дисциплины
Современное состояние
Государственное регулирование
Внеклассное мероприятие
Организация работы
Математическое моделирование
Экономическая теория