Оптичните усилватели подобряват силата на сигнала
Nov 25, 2025|
Във връзки с оптични влакна или свободно-пространство оптичните сигнали постепенно губят сила. Загубата идва от няколко източника-поглъщане на влакна, разпръскване на интерфейса и лошо свързване на конектори. Едно-модовото влакно при 1550 nm обикновено има затихване около 0,2–0,5 dB/km и на големи разстояния (50 km+) сигналът може да падне под това, което приемникът може надеждно да открие. При внедряване-в реалния свят по-старите влакна често показват по-големи загуби от теоретичните, обикновено поради лоши връзки или микро-огъвания.
Методи за усилване
Оптични усилвателиувеличете силата на сигнала, без да го преобразувате в електрическа форма. Принципът е ясен: подайте отслабената светлина в усилваща среда, където тя взаимодейства с възбудени частици, за да генерира повече фотони. Енергията идва от оптично изпомпване или инжектиране на електрически ток. Помпата създава инверсия на населението, позволявайки на сигналните фотони да задействат допълнително фотонно излъчване-по същество оптично усилване.
На практика изборът на метода на изпомпване зависи от честотната лента на усилването и нуждите от мощност. Оптичните усилватели обикновено използват оптично изпомпване, докато полупроводниковите усилватели се задвижват електрически.
Внедряване в комуникационни мрежи
-Мрежите за дълги разстояния обикновено поставят усилвател на всеки 80–100 км, за да компенсират загубата на влакна. Коефициентът на усилване на усилвателя обикновено варира от 20–30 dB, оставяйки известна свобода за стареене или поддръжка.
В градските мрежи сигналите се разделят към множество дестинации. Всяко разделяне 1:2 причинява приблизително 3 dB загуба. Поставянето на усилвател след сплитера възстановява всеки клон до използваеми нива. Пред-усилвателите пред приемниците също са често срещани-те усилват слабите сигнали, така че приемникът не се нуждае от изключителна чувствителност.
Характеристики на усилването
Усилването зависи от мощността на помпата, дължината на вълната на сигнала и входната мощност. При ниски входни мощности усилвателят работи линейно и усилването е стабилно. При високи входни мощности съхранената енергия се изчерпва, усилването спада-това е насищане и ограничава максималната мощност.
Ширината на лентата на усилване определя кои дължини на вълните могат да бъдат усилени. Оптични усилватели с-редкоземни-влакна покриват 30–40 nm в C- или L-лента; полупроводниковите усилватели покриват по-широк спектър, понякога над 100 nm, но с по-ниско пиково усилване.
Температурата също има значение. Високите температури увеличават фононните взаимодействия, леко намалявайки усилването. Външните инсталации обикновено включват термичен контрол, за да останат стабилни от -5 градуса до +70 градуса.
Добавяне на шум
Усилвателите добавят шум, главно от спонтанни емисии на фотони в честотната лента на сигнала. Стойностите на шума обикновено са 3–7 dB. Когато множество усилватели са каскадно свързани, се натрупва шум. След 10 етапа SNR може да спадне с 30–70 dB в сравнение с неусилена система, така че дизайнерите трябва да планират внимателно за дълги връзки.
Изисквания за захранване
Оптичните усилватели обикновено се нуждаят от 100–500 mW мощност на помпата (980 nm или 1480 nm). По-високата мощност на помпата повишава изхода, но в крайна сметка достига насищане с намаляваща възвръщаемост.
Електрическа консумация: влакнестите усилватели с помпени лазери и управляваща електроника обикновено консумират 5–20 W; полупроводниковите усилватели консумират 1–5 W. Настройките с висока-мощност с охлаждане могат да удвоят общата консумация.
Съображения за инсталиране
Когато инсталирате, наблюдавайте обратната загуба на входно/изходния конектор-обикновено под -45 dB-за да избегнете трептене. Повечето усилватели включват изолатори за блокиране на отраженията.
Факторите на околната среда са от значение: високата влажност може да кондензира върху оптиката, вибрациите могат да изместят компонентите, въздушните маршрути се нуждаят от устойчиви на атмосферни влияния корпуси, а подземните трезори изискват защита от вода и налягане на почвата.
Спецификации на производителността
Основните спецификации включват:
Малко-усилване на сигнала: усилване при ниска входна мощност
Изходна мощност на насищане: максимална доставяна мощност
Спечелете плоскост: важно за много-системи с дължина на вълната
Зависимо от поляризацията{0}}усилване: чувствителност към входна поляризация
Динамичните приложения също трябва да вземат предвид времето за възстановяване на печалбата. Бързо възстановяване (<1 μs) suits packet-switched networks; slower recovery (10–100 μs) is enough for circuit-switched systems.
Дължина на вълната-Специфична операция
Различните ленти с дължина на вълната се нуждаят от различни усилватели:
1550 nm: усилватели с-влакна с добавка на ербий (EDFA)
1310 nm: Полупроводникови усилватели или Raman усилване
1625–1675 nm: влакнести усилватели с добавка на тулий- или бисмут-
Много{0}}лентовите системи се нуждаят от отделни усилвателни вериги за всяка лента, което увеличава разходите и сложността.
Мониторинг и контрол
Усилвателите обикновено имат системи за мониторинг, като използват малка част от входа/изхода за проследяване на мощността. Автоматичният контрол на усилването поддържа усилването стабилно. Контролните вериги регулират тока на помпата или оптичните атенюатори, за да се справят с промените на входа или дрейфа на помпата.
Дистанционното управление позволява преглед на състоянието-мощност, ток на помпата, температура и т.н. и изпраща аларми за необичайни условия, намалявайки посещенията на място.