Критические рабочие параметры усилителей типа EDFA

Выходная характеристика усилителя EDFA на основе кварцевого волокна изменяется в зависимости от длины волны в полосы усиления. То же можно сказать и про усиление такого усилителя. Усиление также зависит от мощности и состояния поляризации входного сигнала. Оно будет также меняться в зависимости от относительной вход­ной мощности каждого канала WDM/DWDM. Следовательно, влияние вре­менного распределения входной мощности, как правило, в моменты ввода нового или вывода существующего каналов, должно как-то характеризо­ваться и управляться в рамках используемых многоканальных применений. Усиление ОУ типа EDFA может быть вычислено по заданной средней вход­ной мощности Р_in и средней выходной мощности Р_оut. Заметим, что в приве­денном ниже выражении мощности даны по отношению к определенной длине волны рассматриваемого сигнала.

, (9.1)

где Р_аsе — уровень мощности усиленного спонтанного излучения.

Заметим, что составляющая мощности ASE вычитается при вычислении усиления G_dВ в выражении (9.1).

Усиление оптического усилителя существенно зависит от уровня входно­го сигнала. Интересно заметить, что усилитель демонстрирует большое уси­ление для слабых входных сигналов. Например, усиление больше 30 дБ можно ожидать для входных сигналов меньше чем —20 дБм. Таким образом, нелинейность амплитудной характеристики — важный параметр для боль­ших уровней сигнала.

Для того, чтобы охарактеризовать усиление EDFA, необходимо включить в тест определение малосигнального усиления, полосу на уровне —3 дБ и выходную мощность насыщения. Эти три параметра могут изменяться с длиной волны входного сигнала. Критическими являются следующие пара­метры усилителя EDFA, определенные ниже:

Профиль — термин, используемый для описания зависимости от длины волны той или иной характеристики. Усиление шума выражается в дБ по отношению к одной волне, а профиль усиления шума это усиление конкрет­ного усилителя в зависимости от изменения длины волны.

Равномерность усиления — максимальная разность усиления в отдельных каналах на выходе усилителя при условии, что мощности сигнала на всех входах одинаковы.

Усиление сигнала — принципиальный показатель, который определяет рабочую точку усилителя. Усиление шума, с другой стороны, является усилением, относящимся к малому сигналу, который даже будучи усилен не влияет на рабочую точку, тогда как последующий большой сигнал приводит усилитель в насыщение.

Перекрестное насыщение усиления — изменение усиления конкретного канала, когда входной уровень другого канала (или нескольких каналов) изменяется на некоторую величину.

В таблице 9.2 приведено сравнение рабочих характеристик на двух длинах волн: 1536 и 1550 нм. Эта последняя длина волны соответствует длине волны смещенной нулевой дисперсии.

Таблица 9.2 - Сравнение рабочих характеристик EDFA на двух длинах в 1536 и 1550 нм

Принципиальный источник шума в оптических усилителях - усиленная спонтанная эмиссия (ASE). Ее спектральная плотность близка к постоянной и похожа на белый или тепловой шумы. Влияние спонтанной эмиссии заключается в добавлении флуктуации к мощности усиленного сигнала, которые преобразуются в текущие флуктуации в процессе фотодетектирования. Оказывается, что основной вклад в шум приемника происходит за счет биений составляющих спонтанной эмиссии с усиливаемым сигналом. Это явление биения похоже на гетеродинное детектирование в том, что спонтанно излучаемая радиация смешивается с усиленным сигналом в фотодетекторе формирует гетеродинную составляющую фототока. Это биение спонтанной эмиссии с сигналом создает шумовой ток.

Коэффициент шума усилителя F_n связан с усилением усилителя G и коэффициентом спонтанной эмиссии п_sр следующим соотношением:

, (9.2)

где

, (9.3)

a N₁ и N₂ — населенность атомов (в общем случае рабочих частиц) в релакса­ционном и возбужденном состояниях.

Рассмотрим выражение (9.2). Из этого выражения ясно, что отношение сигнал шум усиленного сигнала ухудшается на 3 дБ даже для идеального уси­лителя, у которого п_sр = 1. Для большинства существующих усилителей коэф­фициент шума F должен превышать 3 дБ и может быть порядка 6-8 дБ.

Мощность ASE в сигнале, проходящим через усилитель, можно вычис­лить, используя следующее соотношение:

. (9.4)

При этом требуются два измерения:

1) уровня входного сигнала N_in(λ) и

2) общего уровня шума выходного сигнала N_оut(λ).

В состоянии насыщения, или для нелинейной амплитудной характерис­тики, вклад ASE мал. Следовательно, можно сказать, что усиление G не что иное, как отношение выходной мощности к входной мощности, когда ASE не принимается во внимание.

Существует пять источников шума, которые вносят вклад в отношение
сигнал/шум в ВОСП, использующих усилители EDFA, а именно:

• дробовой шум;

• шум биения составляющих спонтанного излучения;

• шум биения сигнала с составляющими спонтанного излучения;

• интерференционный шум (взаимное влияние);

• избыточный шум

Большинство из нас уже знакомо с такими источниками шума, как дро­бовой шум, который характерен для световой эмиссии. Дробовой шум по­рождается случайными флуктуациями времени прихода фотонов, которые генерируют световой сигнал. Словарь терминов IEEE, определяет дробовой шум, как «шум, вызванный флуктуациями тока, вследствие диск­ретной природы носителей заряда и случайным или непредсказуемым (или и тем и другим) поведением заряженных частиц, излучаемых эмиттером».

Шум биения составляющих спонтанного излучения (называемый также — шум биений ASE-ASE). Это шум, наработанный в результате взаимодействия между составляющими ASE внутри полосы амплитудно-модулированного сигнала. При возрастании усиления волоконного усилителя, шум ASE уменьшается с ростом выходной мощности, или тогда, когда наступает состояние насыще­ния. Следовательно, для волоконных усилителей, используемых в качестве усилителей мощности, этот тип шума можно игнорировать. Этот шум может быть очень важным при использовании низких уровней сигналов, что имеет место в предусилителях, если в них не используются узкополосные фильтры.

Шум биения сигнала с составляющими спонтанного излучения генерируется тогда, когда полезный сигнал смешивается (гетеродинируется) с белым шу­мом ASE. Этот шум не может быть удален оптически или электрически путем фильтрации, так как он лежит в полосе частот модулированной ин­формационной несущей. Однако, его нужно измерять. Этот коэффициент шума усилителей EDFA обычно определяется в терминах «эффект шума биения сигнала с составляющими спонтанного излучения».

Рамановские усилители

Рамановский ВОУ предназначен для увеличения протяженности оптических многоканальных цифровых линий связи без промежуточного усиления и регенерации сигнала. Прибор включает в себя волоконный лазер накачки, определяющий рабочий спектральный диапазон устройства, и схему управления, посредством которой осуществляется изменение и контроль значения коэффициента усиления.

Взаимодействие сигнала и накачки осуществляется при помощи их объединения через мультиплексор, и сам процесс усиления происходит непосредственно в линии связи.

Применение

Рамановский ВОУ используется для увеличения мощности оптических сигналов в диапазоне длин волн 1548-1561 нм в магистральных, внутризоновых, местных первичных сетях и оптических сетях доступа. Выход оптического усилителя передачи подключается к оконечному оборудованию, а вход – к волоконно-оптической линии связи.

Исполнение

Рамановский ВОУ выполнен в корпусе высотой 6U в стандартной стойке шириной 19 дюймов.

Достоинства

· Работа при любой скорости передачи данных

· Возможность присоединения различных оптических стыков (интерфейсов)

· Управление коэффициентом усиления

· Дистанционное управление по интерфейсу RS-232, протоколам HTTP и SNMP

· Возможность изменения рабочего спектрального диапазона

· Высокое соотношение качества и цены