Wzmacniacze optyczne ZARYS PODSTAW

Transkrypt

1 Wzmacniacze optyczne ZARYS PODSTAW

2 REGENERATOR konwertuje sygnał optyczny na elektryczny, wzmacnia sygnał elektryczny, a następnie konwertuje wzmocniony sygnał elektryczny z powrotem na sygnał optyczny WZMACNIACZ OPTYCZNY Wzmacnia sygnał optyczny bez konwersji na sygnał elektryczny a) Regenerator P we Odbiornik Wzmacniacz i regenerator sygnału elektrycznego Nadajnik P wy t t b) P we Wzmacniacz optyczny P wy t t

3 WZMACNIACZE OPTYCZNE - pasma O Original nm E Extended nm C Conventional nm S Short Wavelength nm L Long Wavelength nm U Ultra Long Wavelength nm

4 WZMACNIACZE OPTYCZNE - klasyfikacja Według zastosowania: wzmacniacz liniowy wzmacniacz mocy (power booster) przedwzmacniacz kompensator strat podziału mocy Według konstrukcji: wzmacniacze półprzewodnikowe wzmacniacze REDFA wzmacniacze ramanowskie wzmacniacze brillouinowskie

5 WZMACNIACZE OPTYCZNE - parametry wzmocnienie g = P out /P in pasmo wzmocnienia pasmo pracy o szerokości zdefiniowanej jako przedział długości fal, w którym wzmocnienie spada o 3 db w stos. do g max. nasycenie wzmocnienia moc wyjściowa, przy której następuje dwukrotny spadek wzmocnienia wzmacniacza czułośd polaryzacyjna określa max. zmianę wzmocnienia ze zmianą polaryzacji sygnału wejściowego szumy liczba szumowa - SNR na wyjściu wzmacniacza odniesiony do SNR na wejściu

6 WZMACNIACZE PÓŁPRZEWODNIKOWE (SOA) Optyczny wzmacniacz półprzewodnikowy SOA (Semiconductor Optical Amplifier) jest półprzewodnikowym laserem pozbawionym sprzężenia zwrotnego. Podstawowym elementem wzmacniacza jest półprzewodnikowy obszar aktywny, pompowany - tak jak w laserze półprzewodnikowym prądem. Izolator optyczny uniezależnia wzmocnienie od odbid, a rezonansowy filtr optyczny obniża poziom szumów wywołanych emisją spontaniczną. Warstwa antyrefleksyjna Prąd pompy Ośrodek aktywny Optyka kolimująca Izolator Filtr optyczny

7 WZMACNIACZE PÓŁPRZEWODNIKOWE (SOA) Optyczny wzmacniacz półprzewodnikowy SOA (Semiconductor Optical Amplifier) jest półprzewodnikowym laserem pozbawionym sprzężenia zwrotnego. Podstawowym elementem wzmacniacza jest półprzewodnikowy obszar aktywny, pompowany - tak jak w laserze półprzewodnikowym prądem. Izolator optyczny uniezależnia wzmocnienie od odbid, a rezonansowy filtr optyczny obniża poziom szumów wywołanych emisją spontaniczną µm

8 WZMACNIACZE PÓŁPRZEWODNIKOWE (SOA) Materiały: półprzewodniki z grupy GaAs/AlGaAs, InP/InGaAs, InP/InGaAsP, InP/InAlGaAs

9 WZMACNIACZE PÓŁPRZEWODNIKOWE (SOA) Rodzaje wzmacniaczy SOA

10 WZMACNIACZE PÓŁPRZEWODNIKOWE (SOA) Przykładowa struktura wzmacniacza SOA Ograniczenia wzmacniaczy SOA duże straty na połączeniach ze światłowodami (nawet 10 db ) wysoki poziom szumów duża wrażliwośd na polaryzację wprowadzają dodatkowe przesłuchy (mieszanie czterofalowe)

11 WZMACNIACZE PÓŁPRZEWODNIKOWE (SOA) Zastosowania wzmacniacza SOA

12 WZMACNIACZE REDFA REDFA (Rare-Earth Doped Fiber Amplifier) EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier) pasmo C i L PDFA (Praseodymium Doped Fibre Amplifier) pasmo O TDFA (Thulium Doped Fibre Amplifier) pasmo S NDFA (Neodymium Doped Fibre Amplifier) - pasmo O

13 WZMACNIACZE EDFA średnica płaszcza: 125μm średnica rdzenia: ~2μm płaszcz rdzeń domieszkowany jonami Er 3+ ( ppm) absorpcja emisja spontaniczna emisja wymuszona hν E 2 hν E 2 hν hν hν E 2 E 1 E 1 E 1

14 WZMACNIACZE EDFA średnica płaszcza: 125μm średnica rdzenia: ~2μm płaszcz rdzeń domieszkowany jonami Er 3+ ( ppm) Wzmocniona emisja spontaniczna (ASE) Światłowód aktywny domieszkowany erbem Wzmocniona emisja spontaniczna (ASE) Sygnał wejściowy Pompa optyczna Wzmocniony sygnał wyjściowy

15 WZMACNIACZE EDFA Energia [cm -1 ] Er F 7/2 488 nm nm 522 nm 488 nm 2 H 11/2 4 S 3/2 4 F 9/2 4 I 9/2 522 nm 543 nm 656 nm 804 nm nm 982 nm 804 nm 656 nm 4 I 11/2 4 I 13/2 4 I 15/2 4 I 11/2 4 I 13/2 Energia (liczba falowa): 1 cm -1 3 x Hz 4 I 15/2 982 nm 1530 nm 980 nm 1480 nm τ 10ms nm

16 WZMACNIACZE EDFA Rozkład mocy pompy, sygnału i ASE we wzmacniaczu EDFA 40 Moc [mw] pompa sygnał Długość światłowodu [m] 4 Moc [mw] ASE wsteczna ASE Długość światłowodu [m]

17 WZMACNIACZE EDFA Pasożytnicza konwersja wzbudzenia Energia [cm -1 ] 4 F 7/ nm 522 nm 2 H 11/2 4 S 3/2 4 F 9/2 4 I 9/ I 11/ I 13/2 980 nm 0 4 I 15/2

18 WZMACNIACZE EDFA Parametry typowego wzmacniacza EDFA długośd ośrodka 5-30 m (pasmo C) lub m (pasmo L) pasmo pracy C ( nm) oraz L ( nm) wzmocnienie db (a nawet 50 db) moc wyjściowa 15 dbm (1-stopniowy), 23 dbm (2-stopniowy) nasycenie wzmocnienia, moc nasycenia (punkt pracy wzmacniacza) poziom szumów 3.5 db zależnośd polaryzacyjna 0.5 db Wzmocnienie: G = (P out P ASE )/P S Tłumienie / Wzmocnieni [db/m] absorpcja wzmocnienie Długość fali [nm]

19 WZMACNIACZE EDFA Wzmocnienie i nasycenie wzmocnienia a) bez ASE b) 35 Wzmocnienie [db] Obszar pracy małosygnałowej + ASE Obszar nasycenia wzmocnienia Wzmocnienie [db] db P sat Obszar nasycenia wzmocnienia Moc pompy [mw] Moc sygnału wejściowego [dbm]

20 WZMACNIACZE EDFA Przykładowa konstrukcja wzmacniacza EDFA Sprzęgacz Światłowód aktywny domieszkowany erbem Pompa optyczna Pompa Sprzęgacz Pompa Izolator Filtr optyczny Wzmacniany sygnał Pompa optyczna

21 WZMACNIACZE RAMANA Wzmacniacz światłowodowy Ramana wykorzystuje zjawisko wymuszonego rozpraszania Ramana występujące w światłowodzie niedomieszkowanym (nie ma konieczności dołączania dodatkowego włókna można wykorzystad włókno transmisyjne), na znacznej długości światłowodu (ok. 100 km). W wyniku oddziaływania światła z cząsteczką pojawia się fala rozproszona o częstotliwości zmienionej o częstotliwośd jej drgao własnych.

22 WZMACNIACZE RAMANA a) Światłowód wzmacniający Izolator Sprzęgacz Izolator Pompa Wzmocniony sygnał Pompa WDM b) Światłowód transmisyjny EDFA Izolator Sprzęgacz Izolator EDFA Pompa Wzmocniony sygnał Pompa WDM Stopień 1 Stopień 2

23 WZMACNIACZE OPTYCZNE porównanie parametrów

24 Dziękuję za uwagę