1. 分類FイベルAアンプ
光アンプには主に 3 つのタイプがあります。
(1) 半導体光増幅器 (SOA、半導体光増幅器)。
(2) 希土類元素（エルビウム Er、ツリウム Tm、プラセオジム Pr、ルビジウム Nd など）を添加した光ファイバ増幅器、主にエルビウム添加ファイバ増幅器（EDFA）、ツリウム添加ファイバ増幅器（TDFA）、プラセオジム添加ファイバ増幅器（PDFA）など。
(3) 非線形ファイバー増幅器、主にファイバーラマン増幅器 (FRA、ファイバーラマン増幅器)。これらの光アンプの主な性能比較を表に示します。
EDFA (エルビウム添加ファイバー増幅器)
マルチレベルレーザーシステムは、石英ファイバーに希土類元素（Nd、Er、Pr、Tm など）をドープすることで形成でき、入力信号光はポンプ光の作用で直接増幅されます。適切なフィードバックを提供した後、ファイバー レーザーが形成されます。Ndドープファイバ増幅器の動作波長は1060nmと1330nmですが、光ファイバ通信の最適なシンクポートからの逸脱やその他の理由により、その開発と応用は制限されています。EDFAとPDFAの動作波長はそれぞれ、光ファイバ通信の最低損失(1550nm)とゼロ分散波長(1300nm)の範囲内にあり、TDFAはSバンドで動作し、光ファイバ通信システムのアプリケーションに非常に適しています。 。特にEDFAは最も開発が早く実用化されている。
のPEDFAの原理
EDFA の基本構造を図 1(a) に示します。これは主に活性媒体 (長さ約 10 メートル、コア直径 3 ～ 5 ミクロン、ドーピング濃度 (25 μm) のエルビウムがドープされたシリカ ファイバー) で構成されています。 -1000)x10-6)、ポンプ光源（990または1480nm LD）、光カプラ、光アイソレータ。信号光とポンプ光は、エルビウム・ファイバ内を同じ方向（同方向ポンピング）、反対方向（逆ポンピング）、または両方向（双方向ポンピング）に伝播できます。信号光とポンプ光が同時にエルビウムファイバに注入されると、ポンプ光の作用によりエルビウムイオンが高エネルギー準位まで励起されます（図1(b)、3準位系）。準安定エネルギー準位まで急速に減衰し、入射信号光の作用により基底状態に戻ると、信号光に対応する光子を放出し、信号が増幅される。図 1 (c) は、広い帯域幅 (最大 20 ～ 40 nm) と、それぞれ 1530 nm と 1550 nm に対応する 2 つのピークを持つ増幅自然放出 (ASE) スペクトルです。
EDFA の主な利点は、高利得、広い帯域幅、高出力、高いポンプ効率、低い挿入損失、および偏光状態の影響を受けないことです。
2. 光ファイバアンプの問題点
光増幅器 (特に EDFA) には多くの優れた利点がありますが、理想的な増幅器ではありません。信号の SNR を低下させる追加のノイズに加えて、次のような他の欠点もあります。
- アンプ帯域幅内のゲインスペクトルの不均一性は、マルチチャンネル増幅性能に影響を与えます。
- 光アンプをカスケード接続すると、ASE ノイズ、ファイバ分散、非線形効果の影響が蓄積されます。
アプリケーションとシステムの設計では、これらの問題を考慮する必要があります。
3. 光ファイバ通信システムにおける光増幅器の応用
光ファイバー通信システムでは、光ファイバ増幅器送信電力を高めるための送信機のパワーブーストアンプとしてだけでなく、受信感度を向上させるための受信機のプリアンプとしても使用でき、また、従来の光電気光中継器を置き換えて伝送を延長することもできます。距離を縮め、全光通信を実現。
光ファイバー通信システムにおいて、伝送距離を制限する主な要因は光ファイバーの損失と分散です。狭スペクトル光源を使用するか、ゼロ分散波長付近で動作する場合、ファイバ分散の影響は小さくなります。このシステムでは、各中継局で完全な信号タイミング再生成（3R中継）を行う必要がありません。光信号を光アンプ（１Ｒリレー）で直接増幅すればよい。光増幅器は、長距離トランク システムだけでなく、光ファイバ配信ネットワーク、特に WDM システムでも使用して、複数のチャネルを同時に増幅できます。
1) 幹線光ファイバ通信システムにおける光増幅器の応用
図２は、幹線光ファイバ通信システムにおける光増幅器の応用例を示す図である。(a)写真は光アンプを送信機のパワーブーストアンプと受信機のプリアンプとして使用し、無中継距離を2倍にしている様子を示しています。例えば、EDFAを採用したシステム伝送 1.8Gb/s の距離は 120km から 250km に増加し、さらには 400km に達します。図 2 (b) ～ (d) は、マルチリレー システムにおける光増幅器の応用例です。図 (b) は従来の 3R リレー モードです。図(c)は3R中継器と光増幅器の混合中継モードである。図 2 (d) これは全光リレー モードです。全光通信システムでは、タイミング回路や再生回路が含まれていないため、ビット透過的であり、「電子ボトルのひげ」の制限はありません。両端の送受信装置を交換すれば、低速から高速へのアップグレードが容易で、光アンプの交換も不要です。
2) 光ファイバ分配ネットワークにおける光増幅器の応用
光アンプ (特に EDFA) の高出力出力の利点は、ブロードバンド配信ネットワーク (たとえば、CATVネットワーク）。従来のCATVネットワークは同軸ケーブルを採用しており、数百メートルごとにケーブルを増幅する必要があり、ネットワークのサービス半径は約7kmです。光アンプを使用した光ファイバー CATV ネットワークは、分散ユーザー数を大幅に増加できるだけでなく、ネットワーク経路も大幅に拡張できます。最近の開発では、光ファイバー/ハイブリッド (HFC) の流通が両方の長所を引き出し、強力な競争力を持っていることが示されています。
図 4 は、35 チャンネルの TV の AM-VSB 変調用の光ファイバー配信ネットワークの例です。送信機の光源は波長1550nm、出力3.3dBmのDFB-LDです。電力分配アンプとして4レベルEDFAを使用しており、入力電力は約-6dBm、出力電力は約13dBmです。受光感度 -9.2d Bm.4 段階の分散を経て、ユーザーの総数は 420 万人に達し、ネットワーク パスは数十キロメートル以上に達しました。テストの加重信号対雑音比は 45dB を超え、EDFA は CSO の低下を引き起こしませんでした。
投稿時刻: 2023 年 4 月 23 日