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 Рin и средней выходной мощности Роut. Заметим, что в приведенном ниже выражении мощности даны по отношению к определенной длине волны рассматриваемого сигнала.
, (9.1)
где Раsе — уровень мощности усиленного спонтанного излучения.
Заметим, что составляющая мощности ASE вычитается при вычислении усиления GdВ 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
Сравниваемые длины волн | 1535 - 1536 нм | 1550 - 1554 нм |
Усиление Ширина рабочей полосы Коэффициент шума Выходная мощность насыщения | 38-43 дБ 2 нм 5,0 дБ + 15 дБм | 38-41 дБ 4 нм 4,25 дБ + 15,8 дБм |
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 Fn связан с усилением усилителя G и коэффициентом спонтанной эмиссии пsр 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 пsр = 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 Nin(λ) и
2) общего уровня шума выходного сигнала Nоut(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