1. ԴասակարգումFիբերAուժեղացուցիչներ
Օպտիկական ուժեղացուցիչների երեք հիմնական տեսակ կա.
(1) Կիսահաղորդչային օպտիկական ուժեղացուցիչ (SOA, Կիսահաղորդչային օպտիկական ուժեղացուցիչ);
(2) Հազվագյուտ հողային տարրերով (էրբիում Er, թուլիում Tm, պրազեոդիմիում Pr, ռուբիդիում Nd և այլն) լեգիրված օպտիկական մանրաթելային ուժեղացուցիչներ, հիմնականում էրբիումով լեգիրված մանրաթելային ուժեղացուցիչներ (EDFA), ինչպես նաև թուլիումով լեգիրված մանրաթելային ուժեղացուցիչներ (TDFA) և պրազեոդիմիումով լեգիրված մանրաթելային ուժեղացուցիչներ (PDFA) և այլն։
(3) Ոչ գծային մանրաթելային ուժեղացուցիչներ, հիմնականում մանրաթելային Ռամանային ուժեղացուցիչներ (FRA, Fiber Raman Amplifier): Այս օպտիկական ուժեղացուցիչների հիմնական կատարողականության համեմատությունը ներկայացված է աղյուսակում:
EDFA (Էրբիումով լեգիրված մանրաթելային ուժեղացուցիչ)
Բազմամակարդակ լազերային համակարգ կարելի է ստեղծել քվարցային մանրաթելը հազվագյուտ հողային տարրերով (օրինակ՝ Nd, Er, Pr, Tm և այլն) լեգիրելով, և մուտքային լույսի ազդանշանը անմիջապես ուժեղացվում է պոմպային լույսի ազդեցությամբ։ Համապատասխան հետադարձ կապ ապահովելուց հետո ձևավորվում է մանրաթելային լազեր։ Nd-լեգիրված մանրաթելային ուժեղացուցիչի աշխատանքային ալիքի երկարությունը 1060 նմ և 1330 նմ է, և դրա զարգացումն ու կիրառումը սահմանափակ են մանրաթելային օպտիկամանրաթելային կապի լավագույն ընդունիչ անցքից շեղման և այլ պատճառներով։ EDFA-ի և PDFA-ի աշխատանքային ալիքի երկարությունները համապատասխանաբար գտնվում են օպտիկամանրաթելային կապի ամենացածր կորստի (1550 նմ) և զրոյական դիսպերսիայի (1300 նմ) պատուհանում, իսկ TDFA-ն գործում է S-շերտում, որոնք շատ հարմար են օպտիկամանրաթելային կապի համակարգերի կիրառման համար։ Հատկապես EDFA-ն, որը ամենաարագ զարգացողն է, գործնական է եղել։
ThePEDFA-ի սկզբունքը
EDFA-ի հիմնական կառուցվածքը ներկայացված է նկար 1(ա)-ում, որը հիմնականում կազմված է ակտիվ միջավայրից (էրբիումով լեգիրված սիլիցիումային մանրաթել՝ մոտ տասնյակ մետր երկարությամբ, 3-5 միկրոն միջուկի տրամագծով և (25-1000)x10-6) լեգիրման կոնցենտրացիայով, պոմպային լույսի աղբյուրից (990 կամ 1480 նմ LD), օպտիկական միակցիչից և օպտիկական մեկուսիչից: Էրբիումային մանրաթելում ազդանշանային լույսը և պոմպային լույսը կարող են տարածվել նույն ուղղությամբ (համաուղղված մղում), հակառակ ուղղություններով (հակառակ մղում) կամ երկու ուղղություններով (երկուղղված մղում): Երբ ազդանշանային լույսը և պոմպային լույսը միաժամանակ ներարկվում են էրբիումային մանրաթելի մեջ, պոմպային լույսի ազդեցության տակ էրբիումի իոնները գրգռվում են մինչև բարձր էներգիայի մակարդակ (Նկար 1 (բ), եռաստիճան համակարգ) և արագ քայքայվում են մինչև մետաստաբիլ էներգիայի մակարդակ, երբ այն վերադառնում է հիմնական վիճակի միջադեպային ազդանշանային լույսի ազդեցության տակ, այն արձակում է ազդանշանային լույսին համապատասխանող ֆոտոններ, այնպես որ ազդանշանը ուժեղանում է: Նկար 1 (գ)-ը ցույց է տալիս դրա ուժեղացված ինքնաբուխ ճառագայթման (ASE) սպեկտրը՝ մեծ թողունակությամբ (մինչև 20-40 նմ) և երկու գագաթներով, որոնք համապատասխանում են համապատասխանաբար 1530 նմ և 1550 նմ:
EDFA-ի հիմնական առավելություններն են բարձր ուժեղացումը, մեծ թողունակությունը, բարձր ելքային հզորությունը, պոմպի բարձր արդյունավետությունը, ներդրման ցածր կորուստները և բևեռացման վիճակի նկատմամբ անզգայունությունը։
2. Խնդիրներ օպտիկամանրաթելային ուժեղացուցիչների հետ
Չնայած օպտիկական ուժեղացուցիչը (հատկապես EDFA-ն) ունի բազմաթիվ ակնառու առավելություններ, այն իդեալական ուժեղացուցիչ չէ: Բացի ազդանշանի SNR-ը նվազեցնող լրացուցիչ աղմուկից, կան նաև որոշ այլ թերություններ, ինչպիսիք են՝
- Ուժեղացուցիչի թողունակության սահմաններում ուժեղացման սպեկտրի անհավասարությունը ազդում է բազմալիք ուժեղացման արդյունավետության վրա։
- Երբ օպտիկական ուժեղացուցիչները կասկադային են, ASE աղմուկի, մանրաթելային ցրման և ոչ գծային էֆեկտների ազդեցությունները կուտակվում են։
Այս հարցերը պետք է հաշվի առնվեն կիրառման և համակարգի նախագծման մեջ։
3. Օպտիկական ուժեղացուցիչի կիրառումը օպտիկական մանրաթելային կապի համակարգում
Օպտիկամանրաթելային կապի համակարգում,Օպտիկամանրաթելային ուժեղացուցիչկարող է օգտագործվել ոչ միայն որպես հաղորդչի հզորության ուժեղացուցիչ՝ փոխանցման հզորությունը մեծացնելու համար, այլև որպես ընդունիչի նախնական ուժեղացուցիչ՝ ընդունման զգայունությունը բարելավելու համար, և կարող է նաև փոխարինել ավանդական օպտիկական-էլեկտրական-օպտիկական կրկնիչին՝ փոխանցման հեռավորությունը մեծացնելու և ամբողջությամբ օպտիկական կապ իրականացնելու համար։
Օպտիկական մանրաթելային կապի համակարգերում փոխանցման հեռավորությունը սահմանափակող հիմնական գործոնները օպտիկական մանրաթելի կորուստն ու ցրումն են: Նեղ սպեկտրի լույսի աղբյուր օգտագործելով կամ զրոյական ցրման ալիքի երկարությանը մոտ աշխատելով՝ մանրաթելային ցրման ազդեցությունը փոքր է: Այս համակարգը կարիք չունի յուրաքանչյուր ռելեային կայանում իրականացնելու ազդանշանի ժամանակի ամբողջական վերականգնում (3R ռելե): Բավական է օպտիկական ազդանշանը ուղղակիորեն ուժեղացնել օպտիկական ուժեղացուցիչով (1R ռելե): Օպտիկական ուժեղացուցիչները կարող են օգտագործվել ոչ միայն երկար հեռավորության մայրուղային համակարգերում, այլև օպտիկական մանրաթելային բաշխման ցանցերում, մասնավորապես WDM համակարգերում՝ միաժամանակ բազմաթիվ ալիքներ ուժեղացնելու համար:
1) Օպտիկական ուժեղացուցիչների կիրառումը հիմնական օպտիկական մանրաթելային կապի համակարգերում
Նկար 2-ը օպտիկական ուժեղացուցիչի կիրառման սխեմատիկ դիագրամ է հիմնական օպտիկական մանրաթելային կապի համակարգում: (ա) նկարը ցույց է տալիս, որ օպտիկական ուժեղացուցիչն օգտագործվում է որպես հաղորդչի հզորության ուժեղացուցիչ և ընդունիչի նախնական ուժեղացուցիչ, որպեսզի ոչ ռելեային հեռավորությունը կրկնապատկվի: Օրինակ՝ EDFA-ի կիրառմամբ, համակարգի փոխանցումը 1.8 Գբ/վրկ հեռավորությունը 120 կմ-ից մեծանում է մինչև 250 կմ կամ նույնիսկ հասնում է 400 կմ-ի: Նկար 2 (բ)-(դ)-ում ներկայացված է օպտիկական ուժեղացուցիչների կիրառումը բազմառելեային համակարգերում. Նկար (բ)-ում ներկայացված է ավանդական 3R ռելեային ռեժիմը. Նկար (գ)-ում ներկայացված է 3R կրկնիչների և օպտիկական ուժեղացուցիչների խառը ռելեային ռեժիմը. Նկար 2 (դ) Սա ամբողջովին օպտիկական ռելեային ռեժիմ է. ամբողջովին օպտիկական կապի համակարգում այն չի ներառում ժամանակի և վերականգնման սխեմաներ, ուստի այն բիթային թափանցիկ է, և չկա «էլեկտրոնային շշի բեղիկի» սահմանափակում: Քանի դեռ երկու ծայրերում էլ ուղարկող և ընդունող սարքավորումները փոխարինված են, հեշտ է անցնել ցածր արագությունից բարձր արագության, և օպտիկական ուժեղացուցիչը փոխարինելու կարիք չկա:
2) Օպտիկական ուժեղացուցիչի կիրառումը օպտիկական մանրաթելային բաշխման ցանցում
Օպտիկական ուժեղացուցիչների (հատկապես EDFA) բարձր ելքային հզորության առավելությունները շատ օգտակար են լայնաշերտ բաշխման ցանցերում (օրինակ՝ԿԱԴՀՑանցեր): Ավանդական CATV ցանցը օգտագործում է կոաքսիալ մալուխ, որը պետք է ուժեղացվի յուրաքանչյուր մի քանի հարյուր մետրը մեկ, և ցանցի սպասարկման շառավիղը մոտ 7 կմ է: Օպտիկական ուժեղացուցիչներ օգտագործող օպտիկամանրաթելային CATV ցանցը կարող է ոչ միայն զգալիորեն ավելացնել բաշխված օգտատերերի թիվը, այլև զգալիորեն ընդլայնել ցանցի ուղին: Վերջին զարգացումները ցույց են տվել, որ օպտիկամանրաթելային/հիբրիդային (HFC) բաշխումը միավորում է երկուսի ուժեղ կողմերը և ունի ուժեղ մրցունակություն:
Նկար 4-ը 35 հեռուստատեսային ալիքների AM-VSB մոդուլյացիայի համար օպտիկական մանրաթելային բաշխման ցանցի օրինակ է: Հաղորդիչի լույսի աղբյուրը DFB-LD է՝ 1550 նմ ալիքի երկարությամբ և 3.3 դԲմ ելքային հզորությամբ: Օգտագործելով 4-մակարդակ EDFA-ն որպես հզորության բաշխման ուժեղացուցիչ, դրա մուտքային հզորությունը մոտ -6 դԲմ է, իսկ ելքային հզորությունը՝ մոտ 13 դԲմ: Օպտիկական ընդունիչի զգայունությունը -9.2 դԲմ է: 4 մակարդակների բաշխումից հետո օգտատերերի ընդհանուր թիվը հասել է 4.2 միլիոնի, իսկ ցանցի ուղին ավելի քան տասնյակ կիլոմետր է: Փորձարկման կշռված ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը մեծ էր 45 դԲ-ից, և EDFA-ն չի հանգեցրել CSO-ի նվազմանը:
Հրապարակման ժամանակը. Ապրիլի 23-2023