Слайд 1.
Добрый день …. (тут я думаю все понятно?).
представляю дипломную работу «Методы стабилизации коэффициента усиления оптических усилителей ».
Слайд 2.
Цель работы: исследование и анализ методов стабилизации коэффициента оптических усилителей.
Задачи работы: 1) Исследование оптические усилители, их характеристики и методов оптимального функционирования;
2) Анализ существующих методов стабилизации коэффициента усиления;
3) Алгоритм реализации метода Синхронизация остаточного излучения накачки
Слайд 3. Актуальность дипломной работы.
Через каждые 50 -100 км волоконно-оптического тракта происходит ослабление оптического сигнала на 10 - 20 дБ и требуется его восстановление. Решение – использование ретрансляторов.
Основные функции ретрансляторов оптического сигнала:
• усиление оптического сигнала - оптические усилители.
• восстановление формы импульсов, уменьшение уровня шумов и устранения ошибок – оптоэлектронные регенераторы сигналов.
Исследования ученых в 1985 - 1990 годах, ряд открытий и изобретений привели к появлению эрбиевых усилителей (Erbium-Doped Fiber Amplifier -EDFA) - усилители на волоконном световоде, легированном ионами эрбия. Самый распространённый вид оптических усилителей.
Слайд 4.
Оптический усилитель – устройство, обеспечивающее увеличение мощности оптического излучения.
Усиление света в оптических системах осуществляется за счет энергии внешнего источника. Основой усилителя является активная физическая среда, в которой благодаря энергетической подкачке увеличивается мощность излучения. В качестве активной среды применяются полупроводники и стекловолокна с различными примесями, например, редкоземельными эрбием (Er), неодимом (Nd), празеодимом (Pr), тулием (Tm).
Слайд 5. Классификация оптических усилителей приведена на слайде 5. (по рисунка показать какие типы есть).
Слайд 6. Основные требования предъявляемые к оптическим усилителям представлены на слайде 6.
· высокий коэффициент усиления в заданном диапазоне оптических частот;
· малые собственные шумы;
· нечувствительность к поляризации;
· хорошее согласование с волоконно-оптическими линиями;
· минимальные нелинейные и линейные искажения оптических сигналов;
· большой динамический диапазон входных сигналов;
· требуемое усиление многочастотных (многоволновых) оптических сигналов;
· длительный срок службы;
· минимальная стоимость и т.д.
Слайд 7. Наибольшее распространение получили эрбиевые оптические усилители. Принцип работы которых показан на слайде 7. и основан на явлении усиления света при вынужденном излучении. Возможность усиления света в световодах, легированных ионами эрбия, обуславливается схемой уровней энергии данного редкоземельного элемента, представленной в упрощенном виде на рисунке.
Слайд 8. На слайде 8 представлена спектральная зависимость усиления/поглощения эрбиевого волокна при различных значениях относительной населенности метастабильного уровня энергии.
Слайд 9. На слайде 9 представлены свойства эрбиевого усилителя: Использование трехуровневой схемы накачки приводит к появлению важных свойств эрбиевого усилителя:
• Наличие пороговой мощности накачки. При превышении пороговой мощности накачки начинается усиление сигнала. Величина её порядка мВт.
• Необходимость выбора оптимальной длины эрбиевого волокна (при которой усиление максимально). При длине волокна > оптимальной в дальних участках волокна будет наблюдаться поглощение сигнала, а при длине < оптимальной – излучение накачки используется не полностью. Оптимальная длина эрбиевого волокна зависит от частоты усиливаемого сигнала. Чем меньше частота сигнала, тем более длинный отрезок эрбиевого волокна соответствует максимальному усилению.
Слайд 10. На слайде 10 представлена упрощенная схема эрбиевого оптического усилителя. Оптическая накачка, необходимая для перевода ионов эрбия в возбужденное состояние, осуществляется на длинах волн, соответствующих одной из их полос поглощения. Наибольшая эффективность использования накачки достигается на длинах волн 980 и 1480 мкм
Слайд 11. Для практического применения оптических усилителей в составе ВОЛС наибольшее значения имеют следующие параметры (показаны на слайде 11):
· коэффициент усиления;
· выходная мощность сигнала и энергетическая эффективность накачки;
· шум-фактор и мощность усиленного спонтанного излучения;
· спектральная ширина и равномерность полосы усиления.
Слайд 12. Коэффициент усиления оптического усилителя. Определяется как отношение мощности сигнала на выходе оптического усилителя к мощности сигнала на его входе с учетом дополнительных потерь на мультиплексоре и в оптическом изоляторе.
Слайд 13. Выходная мощность сигнала определяет расстояние до следующего усилителя. Энергетическая эффективность определяется отношением изменения мощности сигнала к мощности накачки. Для получения максимальной энергетической эффективности перспективнее использовать накачку на длине волны 1480 нм (энергетическая эффективность 86%), а не на длине волны 980 нм (энергетическая эффективность 55%).Большая энергетическая эффективность позволяет использовать для накачки источники излучения меньшей мощности, а следовательно, более дешевые.
Слайд14. Основным источником шума в усилителе на волокне, легированном эрбием, является самопроизвольное (спонтанное) излучение при переходе иона эрбия с метастабильного уровня энергии 2 на основной уровень 1. Для характеристики качества оптического усилителя используется параметр получивший название шум-фактор. Величина шум-фактора является мерой ухудшения отношения сигнал/шум входного когерентного сигнала при прохождении через оптический усилитель.
Слайд 15. Ширина полосы усиления показывает диапазон длин волн, в котором значение усиления не ниже некоторого граничного уровня. Как правило, этот уровень составляет -3 дБ от максимального значения коэффициента усиления. На рисунке представлена спектральная характеристика двухдиапазонного ОУ.
Слайд 16. На слайде 16 представлены наиболее важные методики построения эффективных эрбиевых оптических усилителей:
Каскадное усиление оптического сигнала.
Фильтры выравнивания спектра усиления.
Стабилизация уровня усиления оптического усилителя:
1) Подавление избыточного усиления.
2) Синхронизация остаточного излучения накачки.
Слайд 17. На слайде 17 показана схема реализующая методику подавления избыточного усиления за счет дополнительного канала.
Слайд 18. На слайде 18 представлена схема реализующая методику синхронизации остаточного излучения накачки.
Слайд 19. На слайде 19 представлена разработанная блок схема (алгоритм) работы микроконтроллера оптического усилителя реализующая методику синхронизации остаточного излучения накачки.
Слайд 20. Выводы:
1. Рассмотрены принципы построения и функционирования эрбиевых оптических усилителей.
2. Рассмотрены основные характеристики эрбиевых оптических усилителей.
3. Рассмотрены и проанализированы методы стабилизации коэффициента усиления в эрбиевых оптических усилителей, выявлены положительные и отрицательные стороны функционирования.
4. Предложены и рассмотрены функциональные схемы реализации методов стабилизации коэффициента усиления.
5. Разработан алгоритм стабилизации коэффициента усиления эрбиевого оптического усилителя с использованием методики синхронизации остаточного излучения накачки.