Wzmacniacze optyczne ZARYS PODSTAW
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
WZMACNIACZE OPTYCZNE - pasma O Original 1260-1360 nm E Extended 1360-1460 nm C Conventional 1530-1565 nm S Short Wavelength 1460-1530 nm L Long Wavelength 1565-1625 nm U Ultra Long Wavelength 1625-1675 nm
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
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
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
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. 250-300µm
WZMACNIACZE PÓŁPRZEWODNIKOWE (SOA) Materiały: półprzewodniki z grupy 13-15 GaAs/AlGaAs, InP/InGaAs, InP/InGaAsP, InP/InAlGaAs
WZMACNIACZE PÓŁPRZEWODNIKOWE (SOA) Rodzaje wzmacniaczy SOA
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)
WZMACNIACZE PÓŁPRZEWODNIKOWE (SOA) Zastosowania wzmacniacza SOA
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
WZMACNIACZE EDFA średnica płaszcza: 125μm średnica rdzenia: ~2μm płaszcz rdzeń domieszkowany jonami Er 3+ (200-800 ppm) absorpcja emisja spontaniczna emisja wymuszona hν E 2 hν E 2 hν hν hν E 2 E 1 E 1 E 1
WZMACNIACZE EDFA średnica płaszcza: 125μm średnica rdzenia: ~2μm płaszcz rdzeń domieszkowany jonami Er 3+ (200-800 ppm) Wzmocniona emisja spontaniczna (ASE) Światłowód aktywny domieszkowany erbem Wzmocniona emisja spontaniczna (ASE) Sygnał wejściowy Pompa optyczna Wzmocniony sygnał wyjściowy
WZMACNIACZE EDFA Energia [cm -1 ] Er 3+ 20487 4 F 7/2 488 nm 19158 18404 15255 12432 543 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 10186 6535 0 1530 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 10 10 Hz 4 I 15/2 982 nm 1530 nm 980 nm 1480 nm τ 10ms 1525 1570 nm
WZMACNIACZE EDFA Rozkład mocy pompy, sygnału i ASE we wzmacniaczu EDFA 40 Moc [mw] 30 20 10 pompa sygnał 0 0 10 20 30 40 Długość światłowodu [m] 4 Moc [mw] 3 2 1 ASE wsteczna ASE 0 0 10 20 30 40 Długość światłowodu [m]
WZMACNIACZE EDFA Pasożytnicza konwersja wzbudzenia 20487 Energia [cm -1 ] 4 F 7/2 19158 18404 15255 12432 543 nm 522 nm 2 H 11/2 4 S 3/2 4 F 9/2 4 I 9/2 10186 4 I 11/2 6535 4 I 13/2 980 nm 0 4 I 15/2
WZMACNIACZE EDFA Parametry typowego wzmacniacza EDFA długośd ośrodka 5-30 m (pasmo C) lub 100-250 m (pasmo L) pasmo pracy C (1530-1565 nm) oraz L (1570-1610 nm) wzmocnienie 30-40 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] 10 8 6 4 2 0 absorpcja wzmocnienie 1480 1500 1520 1540 1560 Długość fali [nm]
WZMACNIACZE EDFA Wzmocnienie i nasycenie wzmocnienia a) bez ASE b) 35 Wzmocnienie [db] 40 20 0-20 Obszar pracy małosygnałowej + ASE Obszar nasycenia wzmocnienia Wzmocnienie [db] 30 25 20 15 10 5 3 db P sat Obszar nasycenia wzmocnienia 0 10 20 30 40 50 Moc pompy [mw] 0-60 -50-40 -30-20 -10 0 10 Moc sygnału wejściowego [dbm]
WZMACNIACZE EDFA Przykładowa konstrukcja wzmacniacza EDFA Sprzęgacz Światłowód aktywny domieszkowany erbem Pompa optyczna Pompa Sprzęgacz Pompa Izolator Filtr optyczny Wzmacniany sygnał Pompa optyczna
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.
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
WZMACNIACZE OPTYCZNE porównanie parametrów
Dziękuję za uwagę